Spintrônica é promissora para futuros dispositivos eletrônicos de baixa potência. O spin é uma propriedade da mecânica quântica dos elétrons que pode ser melhor imaginada como elétrons girando em torno de seus próprios eixos, fazendo com que se comportem como pequenas agulhas de bússola. Uma corrente de spins de elétrons pode ser usada em dispositivos eletrônicos. Contudo, para gerar uma corrente de rotação adequada, você precisa de um ímã relativamente grande. Um método alternativo que usa um tipo especial de molécula foi proposto, mas a grande questão é se funciona. Universidade de Groningen, Ph.D. o aluno Xu Yang construiu um modelo teórico que descreve como testar este novo método.

O giro pode ter duas direções, geralmente designado como "para cima" e "para baixo". Em uma corrente de elétrons normal, há quantidades iguais de ambas as direções de rotação, mas usar o spin para transferir informações requer um excedente de uma direção. Isso geralmente é feito injetando elétrons em um dispositivo spintrônico através de um ferromagneto, que irá favorecer a passagem de um tipo de giro. "Mas os ferromagnetos são volumosos em comparação com os outros componentes, "diz Yang.

DNA

É por isso que um avanço de 2011 que foi publicado em Ciência está atraindo cada vez mais atenção. Este artigo relatou que a passagem de uma corrente por uma monocamada de hélices duplas de DNA favoreceria um tipo de spin. As moléculas de DNA são quirais, o que significa que eles podem existir em duas formas que são imagens espelhadas, como uma mão esquerda e direita. O fenômeno foi apelidado de "seletividade de spin induzida quiral" (CISS), e nos últimos anos, vários experimentos foram publicados supostamente mostrando este efeito CISS, mesmo em dispositivos eletrônicos.

"Mas não tínhamos tanta certeza, "explica Yang. Um tipo de experimento usou uma monocamada de fragmentos de DNA, enquanto outro usava um microscópio de força atômica para medir a corrente por meio de moléculas individuais. Diferentes hélices quirais foram usadas nos experimentos. "Os modelos que explicam por que essas moléculas favorecem um dos spins fazem muitas suposições, por exemplo, sobre a forma das moléculas e o caminho que os elétrons tomaram. "

Circuitos

Então Yang se propôs a criar um modelo genérico para descrever como os spins passariam por diferentes circuitos sob um regime linear (ou seja, o regime em que os dispositivos eletrônicos operam). "Esses modelos eram baseados em regras universais, independente do tipo de molécula, "explica Yang. Uma dessas regras é a conservação de carga, que afirma que cada elétron que entra em um circuito deve eventualmente sair. Uma segunda regra é a reciprocidade, que afirma que se você trocar as funções dos contatos de tensão e corrente em um circuito, o sinal deve permanecer o mesmo.

Próximo, Yang descreveu como essas regras afetariam a transmissão e reflexão de spins em diferentes componentes, por exemplo, uma molécula quiral e um ferromagneto entre dois contatos. As regras universais permitiram que ele calculasse o que acontecia com os giros nesses componentes. Ele então usou os componentes para modelar circuitos mais complexos. Isso permitiu que ele calculasse o que esperar se as moléculas quirais mostrassem o efeito CISS e o que esperar se não o fizessem.

Convincente

Quando ele modelou os experimentos CISS publicados até agora, Yang descobriu que alguns são, na verdade, inconclusivo. "Esses experimentos não são convincentes o suficiente. Eles não mostram uma diferença entre as moléculas com e sem CISS, pelo menos não no regime linear dos dispositivos eletrônicos. ”Além disso, qualquer dispositivo que use apenas dois contatos não conseguirá provar a existência do CISS. A boa notícia é que Yang projetou circuitos com quatro contatos que permitirão aos cientistas detectar o efeito CISS em dispositivos eletrônicos. "Atualmente também estou trabalhando em tal circuito, mas como é feito de blocos de construção moleculares, este é um grande desafio. "

Ao publicar seu modelo agora, Yang espera que mais cientistas comecem a construir os circuitos que ele propôs, e finalmente poderá comprovar a existência do CISS em aparelhos eletrônicos. “Seria uma grande contribuição para a sociedade, pois pode permitir uma abordagem totalmente nova para o futuro da eletrônica. "