Placas de diamante sometidas a un tratamiento de terminación superficial en un plasma de hidrógeno. Crédito:Daniel Creedon
La electrónica convencional se basa en el control de la carga eléctrica. Recientemente, los investigadores han estado explorando el potencial de una nueva tecnología, llamada espintrónica, que se basa en detectar y controlar el giro de una partícula. Esta tecnología podría conducir a nuevos tipos de dispositivos más eficientes y potentes.
En un artículo publicado en Letras de física aplicada , Los investigadores midieron la intensidad con la que interactúa el giro de un portador de carga con un campo magnético en un diamante. Esta propiedad crucial muestra al diamante como un material prometedor para los dispositivos espintrónicos.
El diamante es atractivo porque sería más fácil de procesar y fabricar en dispositivos espintrónicos que los materiales semiconductores típicos. dijo Golrokh Akhgar, físico de la Universidad La Trobe en Australia. Los dispositivos cuánticos convencionales se basan en múltiples capas delgadas de semiconductores, que requieren un elaborado proceso de fabricación en un vacío ultra alto.
"El diamante es normalmente un aislante muy bueno, "Akhgar dijo. Pero, cuando se expone al plasma de hidrógeno, el diamante incorpora átomos de hidrógeno en su superficie. Cuando un diamante hidrogenado se introduce en aire húmedo, se vuelve eléctricamente conductor porque se forma una fina capa de agua en su superficie, extrayendo electrones del diamante. Los electrones que faltan en la superficie del diamante se comportan como partículas cargadas positivamente, llamados agujeros, haciendo que la superficie sea conductora.
Placas de diamante sometidas a un tratamiento de terminación superficial en un plasma de hidrógeno. Crédito:Daniel Creedon
Los investigadores encontraron que estos agujeros tienen muchas de las propiedades adecuadas para la espintrónica. La propiedad más importante es un efecto relativista llamado acoplamiento espín-órbita, donde el giro de un portador de carga interactúa con su movimiento orbital. Un fuerte acoplamiento permite a los investigadores controlar el giro de la partícula con un campo eléctrico.
En trabajos anteriores, Los investigadores midieron la fuerza con la que se podría diseñar el acoplamiento de órbita de un agujero con un campo eléctrico. También demostraron que un campo eléctrico externo podría sintonizar la fuerza del acoplamiento.
En experimentos recientes, Los investigadores midieron la intensidad con la que interactúa el giro de un agujero con un campo magnético. Para esta medida, los investigadores aplicaron campos magnéticos constantes de diferentes intensidades paralelos a la superficie del diamante a temperaturas por debajo de 4 Kelvin. También aplicaron simultáneamente un campo perpendicular que variaba constantemente. Al monitorear cómo cambió la resistencia eléctrica del diamante, ellos determinaron el factor g. Esta cantidad podría ayudar a los investigadores a controlar el giro en dispositivos futuros que utilicen un campo magnético.
"La fuerza de acoplamiento de los espines portadores a los campos eléctricos y magnéticos se encuentra en el corazón de la espintrónica, ", Dijo Akhgar." Ahora tenemos los dos parámetros cruciales para la manipulación de espines en la capa superficial conductora del diamante por campos eléctricos o magnéticos ".
Adicionalmente, el diamante es transparente, por lo que se puede incorporar en dispositivos ópticos que operan con luz visible o ultravioleta. Los diamantes de vacantes de nitrógeno, que contienen átomos de nitrógeno emparejados con átomos de carbono faltantes en su estructura cristalina, son prometedores como bits cuánticos, o qubit, la base de la tecnología de la información cuántica. Ser capaz de manipular el giro y usarlo como un qubit podría conducir a más dispositivos con un potencial sin explotar, Dijo Akhgar.
