Dispositivos spintrônicos com eficiência energética estão mais perto de serem realizados graças a um novo mecanismo previsto pelos físicos da RIKEN para a conversão entre vórtices de corrente elétrica e uma corrente de spin.

Além de sua carga elétrica negativa, um elétron tem uma propriedade conhecida como spin, que pode assumir um de dois valores:para cima ou para baixo. Assim como a carga de um elétron é aproveitada para o processamento de informações na eletrônica, portanto, o fluxo de spin pode ser usado no campo emergente da spintrônica. Spintrônica tem a vantagem de ser mais eficiente em termos de energia do que a eletrônica convencional, uma vez que, ao contrário de uma corrente elétrica, uma corrente de spin não gera calor Joule.

Um mecanismo eficiente para converter uma corrente eletrônica em uma corrente de spin e vice-versa é crucial para o desenvolvimento de dispositivos spintrônicos.

Agora, usando simulações numéricas, Sadamichi Maekawa e Seiji Yunoki, ambos do RIKEN Center for Emergent Matter Science, junto com seus colegas de trabalho demonstraram a conversão de uma corrente de spin em um vórtice rotativo de corrente de carga (Fig. 1).

A equipe teve a ideia de explorar o efeito Rashba - um fenômeno incomum descoberto em 1959. Ele ocorre em algumas superfícies ou nas interfaces entre dois materiais, onde a estrutura atômica não é mais simétrica. O efeito Rashba faz com que o spin e o movimento orbital de um elétron interajam.

"O acoplamento spin-órbita é um efeito relativístico que mistura o spin e o movimento orbital dos elétrons, "explica Maekawa." O acoplamento de Rashba é importante em estruturas de interface de óxido e em alguns materiais bidimensionais, onde produz vários novos fenômenos topológicos que são úteis para a spintrônica. "

Maekawa e seus colegas de trabalho usaram simulações de computador em grande escala para modelar o que aconteceria quando uma corrente de spin é injetada em um material Rashba por meio de um contato elétrico do tamanho de um ponto. A equipe considerou um arranjo em que a direção dos giros é perpendicular ao material Rashba, e suas simulações indicaram que isso criou um fluxo rotativo de corrente de carga. Este é o resultado de uma lei fundamental de que o momento angular deve sempre ser conservado, e assim a junção converte o momento angular de rotação injetado principalmente no momento angular orbital do vórtice atual.

"Na eletrónica, a dinâmica dos elétrons é tudo:fluxo difusivo e hidrodinâmico, ou turbulento, movimento, "diz Maekawa. No entanto, na spintrônica, apenas o fluxo difusivo de elétrons foi considerado até agora. "Com a geração de vórtices de corrente de carga, nosso trabalho mostra a possibilidade da spintrônica hidrodinâmica, que estende a spintrônica para incluir o regime hidrodinâmico dos elétrons. "