A eletrônica convencional depende do controle da carga elétrica. Recentemente, pesquisadores têm explorado o potencial para uma nova tecnologia, chamado spintrônica, que depende da detecção e controle do spin de uma partícula. Essa tecnologia pode levar a novos tipos de dispositivos mais eficientes e poderosos.

Em um artigo publicado em Cartas de Física Aplicada , os pesquisadores mediram a intensidade com que o spin de um portador de carga interage com um campo magnético no diamante. Esta propriedade crucial mostra o diamante como um material promissor para dispositivos spintrônicos.

O diamante é atraente porque seria mais fácil de processar e fabricar em dispositivos spintrônicos do que os materiais semicondutores típicos, disse Golrokh Akhgar, um físico da Universidade La Trobe, na Austrália. Dispositivos quânticos convencionais são baseados em múltiplas camadas finas de semicondutores, que requerem um processo de fabricação elaborado em um vácuo ultra-alto.

"O diamante é normalmente um isolante extremamente bom, "Akhgar disse. Mas, quando exposto a plasma de hidrogênio, o diamante incorpora átomos de hidrogênio em sua superfície. Quando um diamante hidrogenado é introduzido no ar úmido, torna-se eletricamente condutor porque uma fina camada de água se forma em sua superfície, puxando elétrons do diamante. Os elétrons ausentes na superfície do diamante se comportam como partículas carregadas positivamente, chamados buracos, tornando a superfície condutora.

Os pesquisadores descobriram que esses buracos têm muitas das propriedades certas para a spintrônica. A propriedade mais importante é um efeito relativístico chamado acoplamento spin-órbita, onde o spin de um portador de carga interage com seu movimento orbital. Um forte acoplamento permite que os pesquisadores controlem o spin da partícula com um campo elétrico.

Em trabalhos anteriores, os pesquisadores mediram quão fortemente o acoplamento spin-órbita de um buraco poderia ser projetado com um campo elétrico. Eles também mostraram que um campo elétrico externo poderia ajustar a força do acoplamento.

Em experimentos recentes, os pesquisadores mediram a intensidade com que o spin de um buraco interage com um campo magnético. Para esta medição, os pesquisadores aplicaram campos magnéticos constantes de diferentes intensidades paralelos à superfície do diamante em temperaturas abaixo de 4 Kelvin. Eles também aplicaram simultaneamente um campo perpendicular com variação constante. Ao monitorar como a resistência elétrica do diamante mudou, eles determinaram o fator g. Essa quantidade pode ajudar os pesquisadores a controlar o spin em dispositivos futuros usando um campo magnético.

"A força de acoplamento dos spins portadores aos campos elétricos e magnéticos está no cerne da spintrônica, "Akhgar disse." Agora temos os dois parâmetros cruciais para a manipulação de spins na camada de superfície condutora do diamante por campos elétricos ou magnéticos.

Adicionalmente, diamante é transparente, portanto, pode ser incorporado a dispositivos óticos que operam com luz visível ou ultravioleta. Os diamantes sem nitrogênio - que contêm átomos de nitrogênio emparelhados com átomos de carbono ausentes em sua estrutura cristalina - são promissores como um bit quântico, ou qubit, a base para a tecnologia da informação quântica. Ser capaz de manipular o spin e usá-lo como um qubit pode levar a ainda mais dispositivos com potencial inexplorado, Disse Akhgar.