Un equipo de investigación internacional dirigido por un físico de la Universidad de California, Orilla, ha identificado un proceso microscópico de dinámica de espín de electrones en nanopartículas que podría afectar el diseño de aplicaciones en medicina, computación cuántica, y espintrónica.

Las nanopartículas y los nanodispositivos magnéticos tienen varias aplicaciones en la medicina, como la administración de fármacos y la resonancia magnética, y en la tecnología de la información. Controlar la dinámica de los espines (el movimiento de los espines de los electrones) es clave para mejorar el rendimiento de estas aplicaciones basadas en nanomagnéticos.

"Este trabajo avanza nuestra comprensión de la dinámica de espín en nanoimanes, "dijo Igor Barsukov, profesor asistente en el Departamento de Física y Astronomía y autor principal del estudio que aparece hoy en Avances de la ciencia .

Giros de electrones, que precesan como peonzas, están vinculados entre sí. Cuando un giro comienza a precesar, la precesión se propaga a los giros vecinos, que pone en marcha una ola. Girar ondas que son, pues, excitaciones colectivas de giros, se comportan de manera diferente en los imanes a nanoescala que en los imanes grandes o extendidos. En nanoimanes, las ondas de giro están limitadas por el tamaño del imán, típicamente alrededor de 50 nanómetros, y por tanto presentan fenómenos inusuales.

En particular, una onda de giro puede transformarse en otra a través de un proceso llamado "dispersión de tres magnones, "un magnón es una unidad cuántica de una onda de espín. En los nanoimanes, este proceso se mejora de manera resonante, lo que significa que se amplifica para campos magnéticos específicos.

En colaboración con investigadores de UC Irvine y Western Digital en San José, así como colegas teóricos en Ucrania y Chile, Barsukov demostró cómo la dispersión de tres magnones, y así las dimensiones de los nanoimanes, determina cómo estos imanes responden a las corrientes de giro. Este desarrollo podría conducir a avances que cambien el paradigma.

"Spintronics está liderando el camino hacia una tecnología de la información más rápida y energéticamente eficiente, "Barsukov dijo." Para tal tecnología, los nanoimanes son los componentes básicos, que necesitan ser controladas por corrientes de espín ".

Barsukov explicó que a pesar de su importancia tecnológica, una comprensión fundamental de la disipación de energía en los nanoimanes ha sido difícil de alcanzar. El trabajo del equipo de investigación proporciona información sobre los principios de la disipación de energía en los nanoimanes y podría permitir a los ingenieros que trabajan en espintrónica y tecnología de la información construir mejores dispositivos.

"Los procesos microscópicos explorados en nuestro estudio también pueden ser de importancia en el contexto de la computación cuántica, donde los investigadores actualmente están intentando abordar magnones individuales," Barsukov dijo. "Nuestro trabajo puede tener un impacto potencial en múltiples áreas de investigación".