Las tecnologías de la información del futuro probablemente utilizarán el espín del electrón, en lugar de la carga del electrón, para transportar información. Pero primero, Los científicos deben comprender mejor cómo controlar el giro y aprender a construir el equivalente de giro de los componentes electrónicos. de transistores de giro, girar puertas y circuitos.

Ahora, Los investigadores de la Universidad de Harvard han desarrollado una técnica para controlar y medir el voltaje de espín, conocido como potencial químico de espín. La técnica, que utiliza defectos de tamaño atómico en diamantes para medir el potencial químico, es esencialmente un multímetro de espín a nanoescala que permite realizar mediciones en dispositivos a escala de chip.

La investigación se publica en Ciencias .

"Existe un interés creciente en los materiales aislantes que pueden conducir "dijo Amir Yacoby, Profesor de Física en el Departamento de Física y Física Aplicada de la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas John A. Paulson de Harvard y autor principal del artículo. "Nuestro trabajo desarrolla una nueva forma de ver estos giros en materiales como los imanes".

En materiales conductores, los electrones pueden transportar información moviéndose del punto A al punto B. Esta es una corriente eléctrica. Girar, por otra parte, puede propagarse a través de materiales aislantes en ondas:cada electrón se detiene y comunica el espín a su vecino acoplado, como un juego cuántico de teléfono.

Para impulsar estas ondas del punto A al punto B, los investigadores necesitaban desarrollar una técnica para aumentar el potencial químico de espín (voltaje de espín) a nivel local.

"Si tiene un potencial químico alto en la ubicación A y un potencial químico bajo en la ubicación B, las ondas de giro comienzan a difundirse de A a B, "dijo Chunhui Du, becario postdoctoral en el Departamento de Física y coautor del artículo. "Este es un concepto muy importante en espintrónica, porque si eres capaz de controlar el transporte de ondas espín, entonces puede utilizar estas ondas de espín en lugar de la corriente eléctrica como portadores de información ".

Los investigadores utilizaron dos métodos de inyección de ondas giratorias:en el primero, aplicaron oscilaciones rápidas, campos magnéticos de microondas para excitar ondas de giro. En el segundo, convirtieron una corriente eléctrica en ondas de giro utilizando una tira de metal de platino ubicada en un extremo del imán.

"Lo que es notable es que este material es un aislante; no conduce ninguna corriente y aún así puede enviar información en forma de ondas giratorias a través de él. "dijo Toeno Van der Sar, becario postdoctoral en el Departamento de Física y coautor del artículo. "Las ondas giratorias son muy prometedoras porque pueden viajar durante mucho tiempo sin descomponerse, y apenas se produce calor porque no hay electrones en movimiento ".

Una vez que el equipo inyectó ondas de giro en el material, el siguiente paso fue averiguar cómo medir la información sobre esas ondas. Los investigadores se centraron en los defectos de vacancia de nitrógeno (NV) en los diamantes. Estos defectos, en los que un átomo de carbono en un diamante se reemplaza con un átomo de nitrógeno y se elimina un átomo vecino, se pueden usar para detectar campos magnéticos diminutos.

Los investigadores fabricaron diminutas varillas de diamante que contenían centros NV y las colocaron nanómetros por encima de la muestra. A medida que las ondas giratorias se mueven a través del material, generan un campo magnético, que es recogido por el centro de NV.

Basado en mediciones del centro NV, los investigadores ahora pueden averiguar el potencial químico del espín, el número de ondas de giro, cómo se mueven a través del material y otras percepciones importantes.

"Lo bueno de esta técnica es que es muy local, ", dijo Van der Sar." Puede hacer estas mediciones solo unos nanómetros por encima de la muestra, lo que significa que puede estudiar espacialmente el potencial químico en un dispositivo de onda de espín a escala de chip, por, digamos, una computadora de ondas giratorias. Esto no es posible con algunas de las otras técnicas de vanguardia ".

Este sistema también podría ofrecer un vistazo a la física más exótica, como el efecto Hall de ondas giratorias, o demostrar que el transporte de ondas de espín es hidrodinámico.

"El principio que utilizamos para controlar y medir el potencial químico del espín es bastante general. Abre formas de estudiar fenómenos de espín más exóticos en materiales novedosos y ayuda al desarrollo de nuevos dispositivos espintrónicos". "dijo Du.