Os físicos da Universidade de Groningen conseguiram alterar o fluxo das ondas de spin através de um ímã, usando apenas uma corrente elétrica. Este é um grande passo em direção ao transistor de spin que é necessário para construir dispositivos spintrônicos. Eles prometem ser muito mais eficientes em termos de energia do que os eletrônicos convencionais. Os resultados foram publicados em 2 de março em Cartas de revisão física .

O spin é uma propriedade da mecânica quântica dos elétrons. Simplificando, faz com que os elétrons se comportem como pequenas agulhas de bússola magnética que podem apontar para cima ou para baixo. Isso pode ser usado para transferir ou armazenar informações, criando dispositivos spintrônicos que prometem várias vantagens sobre a microeletrônica normal.

Em um computador convencional, dispositivos separados são necessários para armazenamento de dados (geralmente usando um processo magnético) e processamento de dados (transistores eletrônicos). Spintrônica poderia integrar ambos em um dispositivo, portanto, não seria mais necessário mover as informações entre as unidades de armazenamento e processamento. Além disso, os spins podem ser armazenados de forma não volátil, o que significa que seu armazenamento não requer energia, em contraste com a memória RAM normal. Tudo isso significa que a spintrônica pode tornar computadores mais rápidos e eficientes em termos de energia.

Aceno

Para perceber isso, muitos passos têm que ser dados e muito conhecimento fundamental tem que ser obtido. O grupo de Física de Nano Dispositivos do professor de física Bart van Wees do Instituto Zernike de Materiais Avançados da Universidade de Groningen está na vanguarda desse campo. Em seu último artigo, eles apresentam um transistor de spin baseado em magnons. Magnons, ou ondas giratórias, são um tipo de onda que só ocorre em materiais magnéticos. 'Você pode ver os magnons como uma onda, ou uma partícula, como elétrons ', explica Ludo Cornelissen, Aluno de doutorado no grupo Van Wees e primeiro autor do artigo.

Em seus experimentos, Cornelissen e Van Wees geram magnons em materiais que são magnéticos, mas também eletricamente isolante. Os elétrons não podem viajar através do ímã, mas as ondas giratórias podem - exatamente como uma onda em um estádio se move enquanto todos os espectadores permanecem no lugar. Cornelissen usou uma tira de platina para injetar magnons em um ímã feito de granada de ítrio e ferro (YIG). 'Quando uma corrente de elétrons viaja pela faixa, elétrons são espalhados pela interação com os átomos pesados, um processo denominado efeito de spin Hall. O espalhamento depende do spin desses elétrons, então os elétrons com spin para cima e para baixo são separados. '

Spin flip

Na interface de platina e YIG, os elétrons voltam porque não conseguem entrar no ímã. 'Quando isso acontece, sua rotação muda de cima para baixo, ou vice-versa. Contudo, isso causa um giro paralelo dentro do YIG, que cria um magnon. ' Os magnons viajam através do material e podem ser detectados com uma segunda tira de platina.

“Descrevemos esse transporte de rotação por meio de um ímã há algum tempo. Agora, demos o próximo passo:queríamos influenciar o transporte. ' Isso foi feito usando uma terceira tira de platina entre o injetor e o detector. Ao aplicar uma corrente positiva ou negativa, é possível injetar magnons adicionais no canal de condução ou drenar magnons dele. “Isso torna nossa configuração análoga a um transistor de efeito de campo. Em tal transistor, um campo elétrico de um eletrodo de porta reduz ou aumenta o número de elétrons livres no canal, assim desligando ou aumentando a corrente. '

Cornelissen e seus colegas mostram que adicionar magnons aumenta a corrente de spin, enquanto a drenagem causa uma redução significativa. 'Embora ainda não tenhamos sido capazes de desligar a corrente magnon completamente, este dispositivo atua como um transistor ', diz Cornelissen. A modelagem teórica mostra que a redução da espessura do dispositivo pode aumentar o esgotamento dos magnons o suficiente para interromper a corrente do magnon completamente.

Supercondutividade

Mas existe outra opção interessante, explica o supervisor de Cornelissen, Bart van Wees:'Em um dispositivo mais fino, poderia ser possível aumentar a quantidade de magnons no canal a um nível onde formariam um condensado de Bose-Einstein. ' Este é o fenômeno responsável pela supercondutividade. E isso ocorre em temperatura ambiente, ao contrário da supercondutividade normal, que só ocorre em temperaturas muito baixas.

O estudo mostra que um transistor de spin YIG pode ser feito, e que, a longo prazo, esse material poderia até mesmo produzir um supercondutor de spin. A beleza do sistema é que a injeção de spin e o controle das correntes de spin são obtidos com uma corrente CC simples, tornando esses dispositivos spintrônicos compatíveis com a eletrônica normal. 'Nosso próximo passo é ver se podemos cumprir esta promessa', conclui Van Wees.