Los dispositivos espintrónicos energéticamente eficientes están más cerca de realizarse gracias a un nuevo mecanismo predicho por los físicos de RIKEN para convertir entre vórtices de corriente eléctrica y una corriente de espín.

Además de su carga eléctrica negativa, un electrón tiene una propiedad conocida como espín, que puede tomar uno de dos valores:hacia arriba o hacia abajo. Así como la carga de un electrón se aprovecha para el procesamiento de información en la electrónica, por lo que el flujo de espín podría utilizarse en el campo emergente de la espintrónica. La espintrónica tiene la ventaja de ser más eficiente energéticamente que la electrónica convencional ya que, a diferencia de una corriente eléctrica, una corriente de giro no genera calor Joule.

Un mecanismo eficiente para convertir una corriente electrónica en una corriente de espín y viceversa es crucial para desarrollar dispositivos espintrónicos.

Ahora, mediante el uso de simulaciones numéricas, Sadamichi Maekawa y Seiji Yunoki, ambos del RIKEN Center for Emergent Matter Science, junto con sus compañeros de trabajo han demostrado la conversión de una corriente de espín en un vórtice giratorio de corriente de carga (Fig. 1).

El equipo tuvo la idea de explotar el efecto Rashba, un fenómeno inusual descubierto en 1959. Ocurre en algunas superficies o en las interfaces entre dos materiales, donde la estructura atómica ya no es simétrica. El efecto Rashba hace que el giro de un electrón y el movimiento orbital interactúen.

"El acoplamiento espín-órbita es un efecto relativista que mezcla el espín y el movimiento orbital de los electrones, "explica Maekawa." El acoplamiento Rashba es importante en las estructuras de interfaz de óxido y en algunos materiales bidimensionales, donde produce varios fenómenos topológicos novedosos que son útiles para la espintrónica ".

Maekawa y sus compañeros de trabajo utilizaron simulaciones por computadora a gran escala para modelar lo que sucedería cuando se inyecta una corriente de espín en un material Rashba a través de un contacto eléctrico del tamaño de un punto. El equipo consideró una disposición en la que la dirección de los giros es perpendicular al material Rashba, y sus simulaciones indicaron que esto creaba un flujo rotatorio de corriente de carga. Este es el resultado de una ley fundamental según la cual el momento angular siempre debe conservarse, y así la unión convierte el momento angular de espín inyectado principalmente en el momento angular orbital del vórtice actual.

"En electrónica, la dinámica de los electrones lo es todo:tanto de flujo difusivo como hidrodinámico, o turbulento, movimiento, "dice Maekawa. Sin embargo, en espintrónica sólo se ha considerado hasta ahora el flujo difusivo de electrones. "Con la generación de vórtices de corriente de carga, nuestro trabajo muestra la posibilidad de la espintrónica hidrodinámica, que extiende la espintrónica para incluir el régimen hidrodinámico de los electrones ".