Es posible que en el futuro se utilice tecnología de la información en la que se utilice el espín de electrones para almacenar, procesar y transferir información en computadoras cuánticas. Ha sido durante mucho tiempo el objetivo de los científicos poder utilizar la tecnología de la información cuántica basada en espines a temperatura ambiente. Un equipo de investigadores de Suecia, Finlandia y Japón han construido ahora un componente semiconductor en el que la información se puede intercambiar de manera eficiente entre el espín del electrón y la luz a temperatura ambiente y superiores. El nuevo método se describe en un artículo publicado en Fotónica de la naturaleza .

Es bien sabido que los electrones tienen carga negativa; también tienen otra propiedad llamada giro. Esto puede resultar fundamental en el avance de la tecnología de la información. Para hacerlo mas simple, podemos imaginar el electrón girando alrededor de su propio eje, similar a la forma en que la Tierra gira alrededor de su propio eje. La espintrónica, un candidato prometedor para la tecnología de la información del futuro, utiliza esta propiedad cuántica de los electrones para almacenar, procesar y transferir información. Esto trae importantes beneficios, como mayor velocidad y menor consumo de energía que la electrónica tradicional.

Los desarrollos de la espintrónica en las últimas décadas se han basado en el uso de metales, y estos han sido muy significativos por la posibilidad de almacenar grandes cantidades de datos. Habría, sin embargo, Ser varias ventajas en el uso de espintrónica basada en semiconductores, de la misma manera que los semiconductores forman la columna vertebral de la electrónica y la fotónica de hoy.

"Una ventaja importante de la espintrónica basada en semiconductores es la posibilidad de convertir la información que está representada por el estado de giro y transferirla a la luz, y viceversa. La tecnología se conoce como opto-espintrónica. Permitiría integrar el procesamiento y almacenamiento de información basado en el giro con la transferencia de información a través de la luz, "dice Weimin Chen, profesor de la Universidad de Linköping, Suecia, quien lideró el proyecto.

Como los dispositivos electrónicos que se utilizan hoy en día funcionan a temperatura ambiente y superiores, Un problema serio en el desarrollo de la espintrónica ha sido que los electrones tienden a cambiar y aleatorizar su dirección de giro cuando aumenta la temperatura. Esto significa que la información codificada por los estados de espín del electrón se pierde o se vuelve ambigua. Por lo tanto, es una condición necesaria para el desarrollo de la espintrónica basada en semiconductores que podamos orientar esencialmente todos los electrones al mismo estado de espín y mantenerlo. en otras palabras, que están polarizados en espín, a temperatura ambiente y temperaturas más altas. Investigaciones anteriores han logrado una polarización de espín de electrones más alta de alrededor del 60% a temperatura ambiente, insostenible para aplicaciones prácticas a gran escala.

Investigadores de la Universidad de Linköping, La Universidad de Tampere y la Universidad de Hokkaido ahora han logrado una polarización de espín de electrones a temperatura ambiente superior al 90%. La polarización de espín permanece en un nivel alto incluso hasta 110 ° C. Este avance tecnológico, que se describe en Fotónica de la naturaleza , se basa en una nanoestructura opto-espintrónica que los investigadores han construido a partir de capas de diferentes materiales semiconductores. Contiene regiones a nanoescala llamadas puntos cuánticos. Cada punto cuántico es alrededor de 10, 000 veces más pequeño que el grosor de un cabello humano. Cuando un electrón polarizado de espín incide en un punto cuántico, emite luz, para ser más precisos, emite un solo fotón con un estado (momento angular) determinado por el espín del electrón. Por lo tanto, Se considera que los puntos cuánticos tienen un gran potencial como interfaz para transferir información entre el espín del electrón y la luz. como será necesario en espintrónica, fotónica y computación cuántica. En el estudio recientemente publicado, los científicos muestran que es posible utilizar un filtro de espín adyacente para controlar el espín de electrones de los puntos cuánticos de forma remota, ya temperatura ambiente.

Los puntos cuánticos están hechos de arseniuro de indio (InAs), y una capa de arseniuro de nitrógeno galio (GaNA) funciona como un filtro de giro. Una capa de arseniuro de galio (GaAs) se intercala entre ellos. Ya se están utilizando estructuras similares en tecnología optoelectrónica basada en arseniuro de galio, y los investigadores creen que esto puede facilitar la integración de la espintrónica con los componentes electrónicos y fotónicos existentes.

"Estamos muy contentos de que nuestros esfuerzos a largo plazo para aumentar la experiencia necesaria para fabricar semiconductores que contienen N altamente controlados están definiendo una nueva frontera en espintrónica. Hasta ahora, hemos tenido un buen nivel de éxito al utilizar dichos materiales para dispositivos optoelectrónicos, más recientemente en células solares de alta eficiencia y diodos láser. Ahora esperamos continuar con este trabajo y unir la fotónica y la espintrónica, utilizando una plataforma común para tecnología cuántica basada en luz y espín, "dice la profesora Mircea Guina, jefe del equipo de investigación de la Universidad de Tampere en Finlandia.