As tecnologias de informação do futuro provavelmente usarão o spin do elétron - em vez da carga do elétron - para transportar informações. Mas primeiro, os cientistas precisam entender melhor como controlar o spin e aprender a construir o equivalente do spin dos componentes eletrônicos, de transistores de spin, para girar portas e circuitos.

Agora, Pesquisadores da Universidade de Harvard desenvolveram uma técnica para controlar e medir a tensão de spin, conhecido como potencial químico de spin. A tecnica, que usa defeitos de tamanho atômico em diamantes para medir o potencial químico, é essencialmente um multímetro de rotação em nanoescala que permite medições em dispositivos em escala de chip.

A pesquisa é publicada em Ciência .

“Há um interesse crescente em materiais isolantes que podem conduzir a rotação, "disse Amir Yacoby, Professor de Física no Departamento de Física e de Física Aplicada na Escola de Engenharia e Ciências Aplicadas de Harvard John A. Paulson e autor sênior do artigo. "Nosso trabalho desenvolve uma nova maneira de olhar para esses spins em materiais como os ímãs."

Em materiais condutores, elétrons podem transportar informações movendo-se do ponto A para o ponto B. Esta é uma corrente elétrica. Rodar, por outro lado, pode se propagar através de materiais isolantes em ondas - cada elétron parado e comunicando spin ao seu vizinho acoplado, como um jogo quântico de telefone.

Para conduzir essas ondas do ponto A ao ponto B, os pesquisadores precisavam desenvolver uma técnica para aumentar o potencial químico do spin - voltagem do spin - em nível local.

"Se você tiver um alto potencial químico no local A e um baixo potencial químico no local B, ondas de spin começam a se difundir de A para B, "disse Chunhui Du, um pós-doutorado no Departamento de Física e co-autor do artigo. "Este é um conceito muito importante na spintrônica, porque se você é capaz de controlar o transporte da onda de spin, então você pode usar essas ondas de spin em vez de corrente elétrica como portadores de informação. "

Os pesquisadores usaram dois métodos de injeção de onda de spin:no primeiro, eles aplicaram oscilação rápida, campos magnéticos de microondas para excitar ondas de spin. No segundo, eles converteram uma corrente elétrica em ondas de spin usando uma tira de metal de platina localizada em uma das extremidades do ímã.

"O que é notável é que este material é um isolante; ele não conduz nenhuma corrente e ainda assim você pode enviar informações na forma de ondas de spin através dele, "disse Toeno Van der Sar, um pós-doutorado no Departamento de Física e co-autor do artigo. "As ondas giratórias são muito promissoras porque podem viajar por um longo tempo sem se deteriorar, e quase não há produção de calor porque você não tem elétrons em movimento. "

Depois que a equipe injetou ondas de spin no material, a próxima etapa foi descobrir como medir as informações sobre essas ondas. Os pesquisadores se voltaram para os defeitos de vacância de nitrogênio (NV) em diamantes. Esses defeitos - nos quais um átomo de carbono em um diamante é substituído por um átomo de nitrogênio e um átomo vizinho é removido - podem ser usados ​​para detectar campos magnéticos minúsculos.

Os pesquisadores fabricaram minúsculos bastões de diamante contendo centros NV e os colocaram nanômetros acima da amostra. Conforme as ondas de spin se movem através do material, eles geram um campo magnético, que é captado pelo centro NV.

Com base nas medições do centro NV, pesquisadores agora podem descobrir o potencial químico de spin, o número de ondas de spin, como eles estão se movendo através do material e outras percepções importantes.

"O bom dessa técnica é que ela é muito local, "disse Van der Sar." Você pode fazer essas medições apenas alguns nanômetros acima da amostra, o que significa que você pode estudar espacialmente o potencial químico em um dispositivo de onda de spin em escala de chip, para, Digamos, um computador de onda de spin. Isso não é possível com algumas das outras técnicas de ponta. "

Este sistema também pode oferecer um vislumbre da física mais exótica, como o efeito Hall da onda de spin, ou mostrar que o transporte de ondas de spin é hidrodinâmico.

“O princípio que usamos para controlar e medir o potencial químico do spin é bastante geral. Ele abre caminhos para estudar fenômenos de spin mais exóticos em novos materiais e ajuda no desenvolvimento de novos dispositivos spintrônicos, "disse Du.