Investigadores de la Universidad de Basilea, en colaboración con colegas de Pisa, han desarrollado un nuevo concepto que utiliza el espín del electrón para cambiar una corriente eléctrica. Además de la investigación fundamental, Estas válvulas de espín también son elementos clave en la espintrónica, un tipo de electrónica que explota el espín en lugar de la carga de electrones. Los resultados fueron publicados en la revista científica Física de las comunicaciones .

En algún momento, La espintrónica podría convertirse en una palabra de moda que forme parte de nuestro vocabulario tanto como la electrónica. La idea detrás de esto es usar el momento angular (espín) de un electrón en lugar de la carga eléctrica. Investigadores de todo el mundo han perseguido este objetivo durante muchos años. Spintronics promete numerosas aplicaciones en el almacenamiento y procesamiento de información, y podría mejorar la eficiencia energética de los dispositivos electrónicos. Un requisito previo importante es el control y la detección eficientes de los espines de los electrones.

Un equipo de físicos alrededor del profesor Christian Schönenberger y el Dr. Andreas Baumgartner del Instituto Suizo de Nanociencia y el Departamento de Física de la Universidad de Basilea ha desarrollado una nueva técnica para la espintrónica en dispositivos semiconductores. También participaron investigadores del Instituto Nanoscienze-CNR de Pisa.

Los nanoimanes son la clave

Para este propósito, los científicos forman dos pequeñas islas de semiconductores (puntos cuánticos) una detrás de la otra en un nanoalambre y generan campos magnéticos en los puntos cuánticos utilizando nanoimanes. Usando un campo externo, son capaces de controlar estos imanes individualmente y así pueden determinar si un punto cuántico permite que los electrones pasen con un giro dirigido hacia arriba (hacia arriba) o hacia abajo (hacia abajo). Cuando dos puntos cuánticos están conectados en serie, una corriente solo fluye si ambos están configurados en 'arriba' o ambos en 'abajo'. Idealmente, no fluye corriente si están orientadas en direcciones opuestas.

Arunav Bordoloi, primer autor de la publicación y Ph.D. estudiante en el equipo de Schönenberger, encontró que este método producía una polarización de espín cercana al máximo teórico. "Con esta técnica, podemos elegir si se permite que un solo electrón en un estado de espín dado entre o salga de un sistema cuántico, con una eficiencia mucho mayor que en las válvulas de espín convencionales, " él dice.

"En años recientes, Investigadores de todo el mundo encontraron difícil de romper para fabricar válvulas de giro útiles para dispositivos nanoelectrónicos y cuánticos. "dice el Dr. Andreas Baumgartner, quién está supervisando el proyecto. "Ahora hemos logrado producir uno".

Explorando nuevos fenómenos

Los físicos también pudieron demostrar que los campos magnéticos están localizados en ubicaciones específicas en el nanoalambre. "Por lo tanto, esta técnica debería permitirnos estudiar las propiedades de espín de nuevos fenómenos que suelen ser demasiado sensibles a los campos magnéticos". como estados novedosos en los extremos de superconductores especiales, "comenta el Dr. Baumgartner.

Este nuevo enfoque de la espintrónica ahora debería permitir mediciones directas de las correlaciones de espín y el entrelazamiento de espines y arrojar nueva luz sobre muchos fenómenos físicos antiguos y nuevos. En el futuro, el concepto incluso podría resultar útil en la búsqueda del uso de espines de electrones como la unidad de información más pequeña (bit cuántico) en una computadora cuántica.