Imagen de microscopio de los nanopilares en forma de chimenea fabricados por investigadores de la Universidad de Linköping y el Instituto Real de Tecnología, Suecia. Crédito:Shula Chen, Licencia internacional Creative Commons Attribution 4.0 http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
Investigadores de la Universidad de Linköping y el Instituto Real de Tecnología de Suecia han propuesto un nuevo concepto de dispositivo que puede transferir de manera eficiente la información transportada por el espín del electrón a la luz a temperatura ambiente, un trampolín hacia la tecnología de la información del futuro. Presentan su enfoque en un artículo en Comunicaciones de la naturaleza .
La luz y la carga de electrones son los principales medios para el procesamiento y la transferencia de información. En la búsqueda de tecnologías de la información que sean aún más rápidas, más pequeño y más eficiente energéticamente, Los científicos de todo el mundo están explorando otra propiedad de los electrones:su espín. Los componentes electrónicos que explotan tanto el espín como la carga del electrón se denominan "espintrónica".
Como la tierra un electrón gira alrededor de su propio eje, ya sea en sentido horario o antihorario. La destreza de la rotación se conoce como estados de giro hacia arriba y hacia abajo. En espintrónica, los dos estados representan los bits binarios y, por lo tanto, transportan información. La información codificada por estos estados de giro se puede convertir en luz mediante un dispositivo emisor de luz, que luego transporta la información a larga distancia a través de fibra óptica. La transferencia de información cuántica abre la posibilidad de explotar tanto el espín electrónico como la luz, y la interacción entre ellos, una tecnología conocida como "opto-espintrónica".
La transferencia de información en opto-espintrónica se basa en el principio de que el estado de espín del electrón determina las propiedades de la luz emitida. Más específicamente, es luz quiral, en el que el campo eléctrico gira en sentido horario o antihorario cuando se ve en la dirección de desplazamiento de la luz. La rotación del campo eléctrico está determinada por la dirección de giro del electrón. Pero hay una trampa.
"El principal problema es que los electrones pierden fácilmente sus orientaciones de espín cuando aumenta la temperatura. Un elemento clave para futuras aplicaciones de luz de espín es la transferencia eficiente de información cuántica a temperatura ambiente, pero a temperatura ambiente, la orientación del espín del electrón es casi aleatoria. Esto significa que la información codificada en el espín del electrón se pierde o es demasiado vaga para convertirse de manera confiable en su luz quiral distintiva. "dice Weimin Chen en el Departamento de Física, Química y Biología, IFM, en la Universidad de Linköping.
Ilustración de la conversión entre la dirección de giro del electrón y la helicidad de la luz quiral. Aquí, la dirección de giro del electrón en el nanodisco determina la dirección de rotación del campo eléctrico de la luz quiral, ya sea en sentido horario o antihorario cuando se ve en la dirección de viaje de la luz. Ilustración de la conversión entre la dirección de giro del electrón y la helicidad de la luz quiral. Aquí, la dirección de giro del electrón en el nanodisco determina la dirección de rotación del campo eléctrico de la luz quiral, ya sea en sentido horario o antihorario cuando se ve en la dirección de desplazamiento de la luz. Crédito:Yuqing Huang
Ahora, Investigadores de la Universidad de Linköping y el Instituto Real de Tecnología han ideado una interfaz de luz giratoria eficiente.
"Esta interfaz no solo puede mantener e incluso mejorar las señales de espín de los electrones a temperatura ambiente. También puede convertir estas señales de espín en las correspondientes señales de luz quirales que viajan en la dirección deseada, "dice Weimin Chen.
El elemento clave del dispositivo son discos extremadamente pequeños de arseniuro de nitrógeno galio, GaNAs. Los discos tienen solo un par de nanómetros de alto y están apilados uno encima del otro con una fina capa de arseniuro de galio (GaAs) entre ellos para formar nanopilares en forma de chimenea. Para comparacion, el diámetro de un cabello humano es aproximadamente mil veces mayor que el diámetro de los nanopilares.
La capacidad única del dispositivo propuesto para mejorar las señales de giro se debe a los defectos mínimos introducidos en el material por los investigadores. Menos de uno de cada millón de átomos de galio se desplazan de sus sitios de celosía designados en el material. Los defectos resultantes en el material actúan como filtros de giro eficientes que pueden drenar electrones con una orientación de giro no deseada y preservar aquellos con la orientación de giro deseada.
"Una ventaja importante del diseño de nanopilares es que la luz puede guiarse fácilmente y acoplarse de manera más eficiente hacia adentro y hacia afuera, "dice Shula Chen, primer autor del artículo.
Los investigadores esperan que su dispositivo propuesto inspire nuevos diseños de interfaces de luz giratoria, que son muy prometedoras para las futuras aplicaciones opto-espintrónica.
