Pesquisadores da Universidade de Basel, em colaboração com colegas de Pisa, desenvolveram um novo conceito que usa o spin do elétron para alternar uma corrente elétrica. Além da pesquisa fundamental, essas válvulas de spin também são os elementos-chave da spintrônica - um tipo de eletrônica que explora o spin em vez da carga dos elétrons. Os resultados foram publicados na revista científica Física das Comunicações .

Em algum ponto, a spintrônica pode se tornar uma palavra da moda que faz parte de nosso vocabulário tanto quanto a eletrônica. A ideia por trás disso é usar o momento angular (spin) de um elétron em vez da carga elétrica. Pesquisadores de todo o mundo perseguem esse objetivo há muitos anos. Spintrônica promete inúmeras aplicações em armazenamento e processamento de informações, e poderia melhorar a eficiência energética de dispositivos eletrônicos. Um pré-requisito importante é o controle e detecção eficientes de spins de elétrons.

Uma equipe de físicos em torno do Professor Christian Schönenberger e do Dr. Andreas Baumgartner do Instituto Suíço de Nanociência e do Departamento de Física da Universidade de Basel desenvolveu agora uma nova técnica para spintrônica em dispositivos semicondutores. Pesquisadores do Instituto Nanoscienze-CNR de Pisa também estiveram envolvidos.

Nanoímãs são a chave

Para este propósito, os cientistas formam duas pequenas ilhas semicondutoras (pontos quânticos) uma atrás da outra em um nanofio e geram campos magnéticos nos pontos quânticos usando nanoímãs. Usando um campo externo, eles são capazes de controlar esses ímãs individualmente e, portanto, podem determinar se um ponto quântico permite que os elétrons passem com um spin direcionado para cima (para cima) ou para baixo (para baixo). Quando dois pontos quânticos estão conectados em série, uma corrente flui apenas se ambos estiverem configurados para 'up' ou ambos para 'down'. Idealmente, nenhuma corrente flui se eles forem orientados em direções opostas.

Arunav Bordoloi, primeiro autor da publicação e Ph.D. aluno da equipe Schönenberger, descobriram que este método produziu uma polarização de spin próxima ao máximo teórico. "Com esta técnica, podemos escolher se um único elétron em um determinado estado de spin pode entrar ou sair de um sistema quântico - com uma eficiência muito maior do que nas válvulas de spin convencionais, " ele diz.

"Nos últimos anos, pesquisadores de todo o mundo descobriram que é uma noz difícil de quebrar para fabricar válvulas de rotação úteis para dispositivos nano e quânticos eletrônicos, "diz o Dr. Andreas Baumgartner, quem está supervisionando o projeto. "Agora conseguimos produzir um."

Explorando novos fenômenos

Os físicos também foram capazes de mostrar que os campos magnéticos estão localizados em locais específicos no nanofio. "Esta técnica deve, portanto, nos permitir estudar as propriedades de spin de novos fenômenos tipicamente muito sensíveis a campos magnéticos, como novos estados nas extremidades de supercondutores especiais, "comenta o Dr. Baumgartner.

Esta nova abordagem da spintrônica deve agora permitir medições diretas de correlações de spin e emaranhamento de spin e lançar uma nova luz sobre muitos fenômenos físicos antigos e novos. No futuro, o conceito pode até ser útil na busca de usar spins de elétrons como a menor unidade de informação (bit quântico) em um computador quântico.