Pesquisadores da Universidade de Witwatersrand encontraram maneiras de controlar o transporte de spin em redes do menor condutor elétrico conhecido pelo homem.
Ao anexar quimicamente nanopartículas do elemento terra rara, gadolínio, para nanotubos de carbono, os pesquisadores descobriram que a condutividade elétrica nos nanotubos pode ser aumentada incorporando as propriedades de spin do gadolínio que surgem de sua natureza magnética. Para colocá-lo claramente, a presença de um ímã em um meio de transferência de elétrons introduz outro grau de liberdade que aumenta a transferência de elétrons, mas apenas se adaptado com precisão.
Descoberto no Japão em 1993, nanotubos de carbono são os tubos mais finos do universo, consistindo em um cilindro de átomos de carbono simples. Na época de sua descoberta, era revolucionário, e esperava-se que pudesse substituir o silício em circuitos eletrônicos, como microchips e discos rígidos de computador.
"Os nanotubos de carbono são conhecidos por sua capacidade de transportar uma grande quantidade de corrente elétrica e são muito fortes. Eles são muito finos, mas os elétrons podem se mover muito rápido neles, com velocidades de até Gigahertz ou Terahertz, e quando acoplados a nanoímãs, eles estendem muito a funcionalidade dos nanotubos de carbono, que é necessário para o avanço da tecnologia moderna por meio do desenvolvimento de dispositivos spintrônicos de alta velocidade, "diz Siphephile Ncube, um Ph.D. estudante da Wits School of Physics e principal autor do estudo. Sua pesquisa foi publicada em Relatórios Científicos na quarta-feira (23 de maio de 2018).
Durante seu Ph.D., Ncube colaborou com uma equipe de pesquisadores da University of the Witwatersrand, University of Johannesburg e Paul Sabatier University na França. Os pesquisadores ligaram quimicamente nanopartículas de gadolínio na superfície dos nanotubos de carbono para testar se o magnetismo aumenta ou inibe a transferência de elétrons através do sistema. As medições para interrogar o efeito das nanopartículas magnéticas em uma rede de nanotubos de carbono de paredes múltiplas foram realizadas no Laboratório de Física de Transporte em Nanoescala (NSTPL) em Wits. Esta instalação é dedicada à nova nanoeletrônica e foi iniciada pelo programa carro-chefe da NRF Nanotecnologia.
“Descobrimos que o efeito das nanopartículas magnéticas é lido no transporte eletrônico dos nanotubos. Devido à presença do ímã, os elétrons tornam-se polarizados por spin e a transferência de carga depende do estado magnético do gadolínio. Quando os pólos magnéticos gerais do gadolínio estão alinhados de forma oposta, causa maior resistência nos nanotubos e retarda o fluxo de elétrons. Quando os pólos magnéticos estão desalinhados, tem uma baixa resistência, e auxilia no transporte de elétrons, "diz Ncube. Este fenômeno é conhecido como Efeito da Válvula Spin, que encontra ampla aplicação no desenvolvimento de unidades de disco rígido usadas para armazenamento de dados.
Ncube começou sua pesquisa sobre nanotubos de carbono como estudante de mestrado na Wits School of Physics em 2011, onde ela fez nanotubos de carbono de parede simples, estabelecendo uma técnica de síntese a laser. O trabalho dela, que levou à publicação de vários artigos de pesquisa na área, foi realizada em instrumentos do CSIR National Laser Center Rental Pool Program. Ela também é a primeira pesquisadora na África a construir um dispositivo eletrônico que pode medir as propriedades de transferência de elétrons dos nanotubos de carbono acoplados a nanopartículas magnéticas. Ela foi financiada pelo Centro de Excelência em Materiais Fortes da DST-NRF.
"A pesquisa da Ncube estabeleceu o grande potencial dos nanotubos de carbono para dispositivos de comutação ultrarrápidos e aplicações de memória magnética, uma realização pela qual temos trabalhado desde o estabelecimento da instalação NSTPL em 2009, "diz o supervisor de Ph.D. da Ncube, Professor Somnath Bhattacharyya. "A data, nanotubos modificados demonstraram bom transporte de spin para dispositivos feitos de nanotubos individuais. Pela primeira vez, demonstramos o transporte de elétrons mediado por spin em uma rede de nanotubos sem incorporação de cabos magnéticos. “O projeto faz parte dos objetivos delineados no programa carro-chefe da NRF Nanotecnologia.
