(Phys.org) —Em 2011, o grupo de pesquisa de Roland Wiesendanger, Professor de física da Universidade de Hamburgo, na Alemanha, fabricou um dispositivo lógico baseado em spin usando os spins de átomos individuais, um feito que representa os limites finais da miniaturização. Nestes dispositivos minúsculos, todos os átomos devem ser precisamente posicionados para que suas informações de spin possam ser transmitidas de um átomo para o próximo.

O problema é que os átomos não querem ficar nas posições designadas por muito tempo. Mesmo a menor quantidade de calor pode superar o fraco acoplamento magnético entre um átomo e um substrato que ajuda a manter o átomo no lugar. Como resultado, o dispositivo lógico baseado em spin só funciona em temperaturas abaixo de 0,3 K, pouco acima do zero absoluto.

Agora em um novo artigo publicado em Nano Letras , A equipe de Wiesendanger demonstrou dispositivos lógicos baseados em spin que são feitos de moléculas em vez de átomos. As moléculas são mantidas no lugar por acoplamento magnético de superexchange, que é muito mais forte do que o acoplamento magnético fraco. As interações mais fortes se traduzem em uma temperatura de operação de ordem de magnitude mais alta, até 6 K. Os dispositivos de spin molecular, que são quase tão pequenos quanto a versão atômica, têm uma estabilidade muito maior e ainda oferecem as mesmas vantagens potenciais de operação em alta velocidade e baixo consumo de energia que tornam os dispositivos spintrônicos tão atraentes.

"Agora temos todas as peças de construção na superfície para criar dispositivos a partir de blocos de construção moleculares, "autor principal Maciej Bazarnik, um físico da Universidade de Hamburgo e da Universidade de Tecnologia de Poznan, na Polônia, contado Phys.org .

Em geral, dispositivos baseados em spin funcionam controlando os spins dos elétrons, assim como os dispositivos eletrônicos convencionais controlam a carga do elétron. Semelhante a como a carga é considerada negativa ou positiva, o giro é considerado para cima ou para baixo. Ao aplicar um campo magnético, os pesquisadores podem gerar um excesso de elétrons de spin up ou spin down, criando uma polarização de spin líquido e produzindo uma corrente de spin magnética.

Para construir um dispositivo lógico all-spin, o desafio é que os átomos e moléculas devem ser organizados de forma que atuem como fios, junções, e outros blocos de construção para transmitir as informações de spin facilmente perturbadas de um lugar para outro.

No novo estudo, os pesquisadores construíram esses componentes a partir de compostos de coordenação, que são moléculas magnéticas que consistem em um átomo de metal central (aqui, cobalto) ligado a grupos de átomos circundantes. Esses grupos são cuidadosamente escolhidos para alcançar fortes interações magnéticas entre os átomos de metal portadores de spin de compostos adjacentes, permitindo que as informações de rotação sejam transferidas.

Os pesquisadores também projetaram a estrutura química para aliviar outro problema enfrentado pelos dispositivos de spin em escala atômica:transportando as informações de spin mais diretamente entre as junções, eles podem reduzir muito a interferência indesejada com dispositivos vizinhos.

Com sua maior estabilidade, os dispositivos de lógica de spin molecular representam um passo para fazer dispositivos de spin muito pequenos em temperaturas mais altas, que é necessário para realizar aplicações futuras.

"Estamos explorando diferentes centros magnéticos em nossas moléculas para obter acoplamentos magnéticos mais fortes e aumentar ainda mais a temperatura de operação, "Bazarnik disse." Como os dispositivos all-spin são pequenos, usá-los em nanoeletrônica do futuro seria benéfico. Eles operam em um grau de liberdade de spin e, portanto, nenhum fluxo de corrente [elétrica] é necessário para que a informação seja transmitida. Portanto, não há aquecimento e o consumo de energia é muito baixo. "

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