Os físicos desenvolveram uma nova técnica que usa voltagens elétricas para controlar o spin do elétron em um chip. O método recém-desenvolvido oferece proteção contra a queda do spin, o que significa que as informações contidas podem ser mantidas e transmitidas por distâncias relativamente grandes, como foi demonstrado por uma equipe do Departamento de Física da Universidade de Basel e do Instituto Suíço de Nanociência. Os resultados foram publicados em Revisão Física X .

Por muitos anos, pesquisadores têm tentado usar o spin de um elétron para armazenar e transmitir informações. O spin de cada elétron está sempre acoplado ao seu movimento, ou seja, sua órbita dentro do chip. Este acoplamento spin-órbita permite a manipulação direcionada do spin do elétron por um campo elétrico externo, mas também faz com que a orientação do spin diminua, o que leva a uma perda de informações.

Em uma colaboração internacional com colegas dos Estados Unidos e do Brasil, cientistas do Departamento de Física da Universidade de Basel e do Instituto Suíço de Nanociência, liderado pelo professor Dominik Zumbühl, desenvolveram um novo método que permite a manipulação direcionada do spin sem o decaimento que o acompanha.

Controle de giros em longas distâncias

Os cientistas desenvolveram um chip no qual um elétron gira uniformemente em sua órbita através do material sem decair do spin. A orientação do spin segue um padrão espiral semelhante a uma hélice. Se as tensões aplicadas por dois eletrodos de porta mudarem, afeta o comprimento de onda da hélice; a orientação do spin pode, portanto, ser influenciada por uma mudança de voltagem.

Os campos Rashba e Dresselhaus determinam predominantemente o movimento helicoidal do spin. No experimento descrito acima, os campos de Dresselhaus e Rashba podem ser mantidos no mesmo nível, enquanto a força geral dos dois campos pode ser controlada simultaneamente:desta forma, a decadência do spin pode ser suprimida.

Isso permite que os pesquisadores usem tensões para ajustar a orientação do spin em distâncias superiores a 20 micrômetros, que é uma distância particularmente grande em um chip e corresponde a muitas rotações de rotação. A informação de spin pode, assim, ser transmitida, e. entre diferentes bits quânticos.

Ajustando os campos com tensões elétricas

Este método só é possível porque, como este trabalho mostrou experimentalmente pela primeira vez, tanto o campo Rashba quanto o campo Dresselhaus podem ser ajustados com tensões elétricas. Embora isso tenha sido previsto há mais de 20 anos em um estudo teórico, só agora foi possível demonstrá-lo graças a um método de medição recentemente desenvolvido com base em efeitos de interferência quântica em baixas temperaturas próximas do zero absoluto. É esperado, Contudo, que a hélice também poderá ser controlada com tensões em temperaturas mais altas e até mesmo em temperatura ambiente.

Base para novos desenvolvimentos

"Com este método, podemos não apenas influenciar a orientação do spin in situ, mas também controlar a transferência de spins de elétrons em distâncias mais longas sem perdas, "diz Zumbühl. A excelente colaboração com colegas da Universidade de São Paulo, a University of California e a University of Chicago fornecem a base para toda uma nova geração de dispositivos que se baseiam em componentes eletrônicos baseados em spin e criam perspectivas para futuros trabalhos experimentais.