Investigadores de la Universidad de Witwatersrand han encontrado formas de controlar el transporte de espín en las redes del conductor eléctrico más pequeño conocido por el hombre.
Al unir químicamente nanopartículas del elemento de tierras raras, gadolinio a los nanotubos de carbono, Los investigadores han descubierto que la conductividad eléctrica en los nanotubos se puede incrementar incorporando las propiedades de espín del gadolinio que surgen de su naturaleza magnética. Para decirlo claramente, la presencia de un imán en un medio de transferencia de electrones introduce otro grado de libertad que mejora la transferencia de electrones, pero solo si se adapta con precisión.
Descubierto en Japón en 1993, Los nanotubos de carbono son los tubos más delgados del universo, que consta de un cilindro de átomos de carbono individuales. En el momento de su descubrimiento fue revolucionario, y se esperaba que pudiera reemplazar el silicio en los circuitos electrónicos, como microchips y discos duros de computadora.
"Los nanotubos de carbono son conocidos por su capacidad para transportar una gran cantidad de corriente eléctrica y son muy fuertes. Son muy delgados pero los electrones pueden moverse muy rápido en ellos". con velocidades de hasta Gigahercios o Terahercios, y cuando se acoplan a nanoimanes amplían enormemente la funcionalidad de los nanotubos de carbono, que se requiere para hacer avanzar la tecnología moderna mediante el desarrollo de dispositivos espintrónicos de alta velocidad, "dice Siphephile Ncube, un doctorado estudiante de la Escuela de Física Wits y autor principal del estudio. Su investigación fue publicada en Informes científicos el miércoles (23 de mayo de 2018).
Durante su doctorado, Ncube colaboró con un equipo de investigadores de la Universidad de Witwatersrand, Universidad de Johannesburgo y Universidad Paul Sabatier en Francia. Los investigadores unieron químicamente nanopartículas de gadolinio en la superficie de los nanotubos de carbono para probar si el magnetismo aumenta o inhibe la transferencia de electrones a través del sistema. Las mediciones para interrogar el efecto de las nanopartículas magnéticas en una red de nanotubos de carbono de paredes múltiples se llevaron a cabo en el Laboratorio de Física del Transporte a Nanoescala (NSTPL) en Wits. Esta instalación está dedicada a la nanoelectrónica novedosa y fue iniciada por el programa insignia de NRF Nanotechnology.
"Descubrimos que el efecto de las nanopartículas magnéticas se lee en el transporte electrónico de los nanotubos. Debido a la presencia del imán, los electrones se polarizan en el espín y la transferencia de carga depende del estado magnético del gadolinio. Cuando los polos magnéticos generales del gadolinio están alineados de manera opuesta, provoca una mayor resistencia en los nanotubos y ralentiza los flujos de electrones. Cuando los polos magnéticos están desalineados, tiene una baja resistencia, y ayuda al transporte de electrones, ", dice Ncube. Este fenómeno se conoce como efecto de válvula giratoria, que encuentra una amplia aplicación en el desarrollo de unidades de disco duro utilizadas para el almacenamiento de datos.
Ncube comenzó su investigación sobre nanotubos de carbono como estudiante de maestría en la Escuela de Física Wits en 2011, donde hizo nanotubos de carbono de pared simple, estableciendo una técnica de síntesis láser. Su trabajo, lo que llevó a la publicación de varios artículos de investigación en el campo, se realizó en instrumentos del Programa de Pool de Alquiler del Centro Nacional de Láser de CSIR. También es la primera investigadora en África en construir un dispositivo electrónico que puede medir las propiedades de transferencia de electrones de los nanotubos de carbono acoplados a nanopartículas magnéticas. Fue financiada por el Centro de Excelencia en Materiales Fuertes de DST-NRF.
"La investigación de Ncube estableció el gran potencial de los nanotubos de carbono para dispositivos de conmutación ultrarrápida y aplicaciones de memoria magnética, una realización en la que hemos estado trabajando desde el establecimiento de la instalación NSTPL en 2009, "dice el supervisor de doctorado de Ncube, Profesor Somnath Bhattacharyya. "Hasta la fecha, Los nanotubos modificados han demostrado un buen transporte de espín para dispositivos hechos de nanotubos individuales. Por primera vez hemos demostrado el transporte de electrones mediado por espín en una red de nanotubos sin incorporación de cables magnéticos ”. El proyecto forma parte de los objetivos delineados en el programa insignia de NRF Nanotechnology.
