Los físicos han desarrollado una nueva técnica que utiliza voltajes eléctricos para controlar el giro de los electrones en un chip. El método recientemente desarrollado brinda protección contra la descomposición del espín, lo que significa que la información contenida se puede mantener y transmitir a distancias comparativamente grandes, como lo ha demostrado un equipo del Departamento de Física de la Universidad de Basilea y el Instituto Suizo de Nanociencia. Los resultados han sido publicados en Revisión física X .

Por muchos años, los investigadores han intentado utilizar el giro de un electrón para almacenar y transmitir información. El espín de cada electrón siempre está acoplado a su movimiento, es decir, su órbita dentro del chip. Este acoplamiento espín-órbita permite la manipulación dirigida del espín del electrón por un campo eléctrico externo, pero también hace que la orientación del giro decaiga, lo que conduce a una pérdida de información.

En una colaboración internacional con colegas de EE. UU. Y Brasil, científicos del Departamento de Física de la Universidad de Basilea y del Instituto Suizo de Nanociencia, encabezada por el profesor Dominik Zumbühl, han desarrollado un nuevo método que permite la manipulación de espín dirigida sin el deterioro que lo acompaña.

Controlar los giros en largas distancias

Los científicos han desarrollado un chip en el que un electrón gira uniformemente en su órbita a través del material sin que el espín decaiga. La orientación del giro sigue un patrón en espiral similar a una hélice. Si cambian los voltajes aplicados por dos electrodos de puerta, afecta la longitud de onda de la hélice; la orientación del espín puede verse influenciada por un cambio de voltaje.

Los campos Rashba y Dresselhaus determinan predominantemente el movimiento helicoidal del giro. En el experimento descrito anteriormente, los campos Dresselhaus y Rashba se pueden mantener al mismo nivel, mientras que la fuerza general de los dos campos se puede controlar simultáneamente:de esta manera, se puede suprimir el decaimiento del espín.

Esto permite a los investigadores utilizar voltajes para ajustar la orientación del giro en distancias superiores a 20 micrómetros. que es una distancia particularmente grande en un chip y corresponde a muchas rotaciones de giro. Por tanto, la información de giro puede transmitirse, p. Ej. entre diferentes bits cuánticos.

Ajustar los campos con voltajes eléctricos.

Este método solo es posible porque, como este trabajo demostró experimentalmente por primera vez, tanto el campo Rashba como el campo Dresselhaus se pueden ajustar con voltajes eléctricos. Aunque esto se predijo hace más de 20 años en un estudio teórico, Solo ahora ha sido posible demostrarlo gracias a un método de medición recientemente desarrollado basado en efectos de interferencia cuántica a bajas temperaturas cercanas al cero absoluto. Se espera sin embargo, que la hélice también podrá ser controlada con voltajes a temperaturas más altas e incluso a temperatura ambiente.

Base para futuros desarrollos

"Con este método, No solo podemos influir en la orientación del espín in situ, sino que también podemos controlar la transferencia de espines de electrones a distancias más largas sin pérdidas. "dice Zumbühl. La destacada colaboración con colegas de la Universidad de São Paulo, la Universidad de California y la Universidad de Chicago proporcionan la base para toda una nueva generación de dispositivos que se basan en la electrónica basada en espines y crean perspectivas para nuevos trabajos experimentales.