Uma equipe de pesquisa internacional liderada por um físico da Universidade da Califórnia, Riverside, identificou um processo microscópico de dinâmica de spin eletrônico em nanopartículas que pode impactar o design de aplicações na medicina, computação quântica, e spintrônica.

Nanopartículas magnéticas e nanodispositivos têm várias aplicações na medicina - como entrega de drogas e ressonância magnética - e tecnologia da informação. Controlar a dinâmica do spin - o movimento dos spins do elétron - é a chave para melhorar o desempenho de tais aplicações baseadas em nanoímãs.

"Este trabalho avança nossa compreensão da dinâmica do spin em nanoímãs, "disse Igor Barsukov, professora assistente do Departamento de Física e Astronomia e principal autora do estudo que aparece hoje em Avanços da Ciência .

O elétron gira, que precessam como piões, estão ligados uns aos outros. Quando um giro começa a precessar, a precessão se propaga para spins vizinhos, o que dá início a uma onda. Ondas giratórias, que são, portanto, excitações coletivas de giros, se comportam de maneira diferente em ímãs em nanoescala do que em ímãs grandes ou estendidos. Em nanoímãs, as ondas de spin são confinadas pelo tamanho do ímã, normalmente em torno de 50 nanômetros, e, portanto, apresentam fenômenos incomuns.

Em particular, uma onda de spin pode se transformar em outra por meio de um processo chamado "espalhamento de três magnons, "um magnon sendo uma unidade quântica de uma onda de spin. Em nanoímãs, este processo é ressonantemente aprimorado, o que significa que é amplificado para campos magnéticos específicos.

Em colaboração com pesquisadores da UC Irvine e Western Digital em San Jose, bem como colegas teóricos na Ucrânia e no Chile, Barsukov demonstrou como a dispersão de três magnons, e, portanto, as dimensões dos nanoímãs, determina como esses ímãs respondem às correntes de spin. Esse desenvolvimento pode levar a avanços de mudança de paradigma.

"A Spintrônica está liderando o caminho para uma tecnologia da informação mais rápida e eficiente em termos de energia, "Barsukov disse." Para essa tecnologia, nanoímãs são os blocos de construção, que precisam ser controlados por correntes de spin. "

Barsukov explicou que, apesar de sua importância tecnológica, uma compreensão fundamental da dissipação de energia em nanoímãs é difícil de compreender. O trabalho da equipe de pesquisa fornece insights sobre os princípios de dissipação de energia em nanoímãs e pode permitir que engenheiros que trabalham com spintrônica e tecnologia da informação construam dispositivos melhores.

"Os processos microscópicos explorados em nosso estudo também podem ser importantes no contexto da computação quântica, onde os pesquisadores atualmente estão tentando abordar magnons individuais, "Barsukov disse." Nosso trabalho pode potencialmente impactar várias áreas de pesquisa. "