Los investigadores han creado un nuevo campo de pruebas para sistemas cuánticos en el que literalmente pueden activar y desactivar ciertas interacciones de partículas. potencialmente allanando el camino para los avances en espintrónica.

La electrónica de transporte giratorio tiene el potencial de revolucionar los dispositivos electrónicos tal como los conocemos, especialmente cuando se trata de informática. Mientras que la electrónica estándar usa la carga de un electrón para codificar información, Los dispositivos espintrónicos se basan en otra propiedad intrínseca del electrón:su espín.

La espintrónica podría ser más rápida y confiable que la electrónica convencional, ya que el giro se puede cambiar rápidamente y estos dispositivos consumen menos energía. Sin embargo, el campo es joven y hay muchas preguntas que los investigadores deben resolver para mejorar su control de la información de espín. Una de las preguntas más complejas que plagan el campo es cómo la señal transportada por partículas con espín, conocido como corriente de giro, decae con el tiempo.

"La señal que necesitamos para que la espintrónica funcione, y estudiar estas cosas, puede descomponerse. Al igual que queremos un buen servicio de telefonía celular para hacer una llamada, queremos que esta señal sea fuerte, "dijo Chuan-Hsun Li, estudiante de posgrado en ingeniería eléctrica e informática en la Universidad de Purdue. "Cuando la corriente de espín decae, perdemos la señal ". En el mundo real, los electrones no existen independientemente de todo lo que los rodea y se comportan exactamente como esperamos. Interactúan con otras partículas y entre diferentes propiedades dentro de sí mismos. La interacción entre el espín de una partícula (una propiedad intrínseca) y el momento (una propiedad extrínseca) se conoce como acoplamiento espín-órbita.

Según un nuevo artículo en Comunicaciones de la naturaleza , El acoplamiento de espín-órbita y las interacciones con otras partículas pueden mejorar dramáticamente la desintegración de la corriente de espín en un fluido cuántico llamado condensado de Bose-Einstein (BEC).

"La gente quiere manipular la formación de espines para que podamos usarla para codificar información, y una forma de hacerlo es utilizar mecanismos físicos como el acoplamiento de órbita-espín, "Dijo Li." Sin embargo, esto puede dar lugar a algunos inconvenientes, como la pérdida de información de giro ".

El experimento se realizó en el laboratorio de Yong Chen, profesor de física y astronomía, e ingeniería eléctrica e informática en Purdue, donde su equipo creó algo así como un mini colisionador de partículas para BEC. Usando láseres, Los átomos de rubidio-87 dentro de una cámara de vacío quedaron atrapados y enfriados casi hasta el cero absoluto. (Los adictos a la física pueden recordar que las tecnologías de enfriamiento láser ganaron el Premio Nobel de Física en 1997. La trampa láser ganó el Premio en 2018).

En este punto, los átomos se convierten en un BEC:el más frío y misterioso de los cinco estados de la materia. A medida que los átomos se enfrían, comienzan a mostrar propiedades onduladas. En este estado cuántico, tienen una crisis de identidad; se superponen entre sí y dejan de comportarse como individuos. Aunque BEC no es técnicamente un gas, Ésta podría ser la forma más fácil de imaginarlo:los físicos se refieren a él como fluido cuántico o gas cuántico.

Dentro del mini colisionador de fluidos cuánticos, El equipo de Chen envió dos BEC con giros opuestos chocando entre sí. Como lo harían dos nubes de gas, se penetran parcialmente, entregando una corriente de giro.

"Se producen muchos fenómenos fascinantes cuando colisionan dos condensados. Originalmente, son superfluidos, pero cuando chocan, parte de la fricción puede convertirlos en gas térmico, ", Dijo Chen." Debido a que podemos controlar todos los parámetros, este es un sistema realmente eficiente para estudiar este tipo de colisiones ".

Usando este sistema, los investigadores pueden, literalmente, activar y desactivar el acoplamiento de órbita giratoria, lo que les permite aislar su efecto sobre el decaimiento de la corriente de espín. Esto no se puede hacer con electrones en materiales de estado sólido, que es parte de lo que hace que este sistema sea tan poderoso, Chen dijo.

El llamado gas cuántico es el sistema más limpio que puede crear el hombre. No hay desorden lo que permite crear una corriente de espín pura y estudiar sus propiedades. Chen espera seguir usando este campo de pruebas experimental y su corriente de espín bosónico para explorar más a fondo muchas preguntas fundamentales en el transporte de espín y la dinámica cuántica.

"Un desafío importante para la espintrónica y otras tecnologías cuánticas relacionadas es reducir la desintegración para que podamos propagar la información de espín a distancias más largas, por tiempos más largos, ", dijo." Con este nuevo conocimiento del papel del acoplamiento espín-órbita, esto puede ayudar a las personas a obtener nuevos conocimientos para reducir la descomposición de los espines y, potencialmente, también diseñar mejores dispositivos espintrónicos ".