Las tecnologías de la información del futuro probablemente usarán espín electrónico - en lugar de carga electrónica - para transportar información. Pero primero, los científicos necesitan comprender mejor cómo controlar el espín y aprender a construir el equivalente espín de los componentes electrónicos, a partir de transistores espín, para hacer girar puertas y circuitos.
Ahora, los investigadores de la Universidad de Harvard han desarrollado una técnica para controlar y medir el voltaje de rotación, conocida como potencial químico de rotación. La técnica, que utiliza defectos de tamaño atómico en los diamantes para medir el potencial químico, es esencialmente un multímetro de rotación a nanoescala que permite mediciones endispositivos a escala de chip.
La investigación se publica en ciencia .
"Existe un creciente interés en los materiales aislantes que pueden conducir el centrifugado", dijo Amir Yacoby, profesor de física en el Departamento de Física y Física Aplicada de la Facultad de Ingeniería y Ciencias Aplicadas John A. Paulson de Harvard y autor principal del artículo"Nuestro trabajo desarrolla una nueva forma de ver estos giros en materiales como los imanes".
En los materiales conductores, los electrones pueden transportar información moviéndose del punto A al punto B. Esta es una corriente eléctrica. El giro, por otro lado, puede propagarse a través de materiales aislantes en ondas: cada electrón se detiene y comunica el giro a suvecino acoplado, como un juego cuántico de teléfono.
Para conducir estas ondas del punto A al punto B, los investigadores necesitaban desarrollar una técnica para aumentar el potencial químico del espín - voltaje de espín - a nivel local.
"Si tiene un alto potencial químico en la ubicación A y un bajo potencial químico en la ubicación B, las ondas de espín comienzan a difundirse de A a B", dijo Chunhui Du, becario postdoctoral en el Departamento de Física y coautor principal de"Este es un concepto muy importante en spintronics, porque si puede controlar el transporte de ondas de spin, entonces puede usar estas ondas de spin en lugar de la corriente eléctrica como portadores de información".
Los investigadores utilizaron dos métodos de inyección de ondas de espín: en el primero, aplicaron campos magnéticos de microondas de oscilación rápida para excitar las ondas de espín. En el segundo, convirtieron una corriente eléctrica en ondas de espín utilizando una tira de metal de platino ubicada en unoextremo del imán
"Lo que es notable es que este material es un aislante; no conduce ninguna corriente y aún puede enviar información en forma de ondas de giro a través de él", dijo Toeno Van der Sar, un becario postdoctoral en el Departamento de Físicay co-primer autor del artículo: "Las ondas de giro son muy prometedoras porque pueden viajar durante mucho tiempo sin descomponerse, y apenas se produce calor porque no hay electrones en movimiento".
Una vez que el equipo inyectó ondas de espín en el material, el siguiente paso fue descubrir cómo medir la información sobre esas ondas. Los investigadores recurrieron a los defectos de la vacante de nitrógeno NV en los diamantes. Estos defectos, en los cuales un átomo de carbonoen un diamante se reemplaza con un átomo de nitrógeno y se elimina un átomo vecino; se puede usar para detectar campos magnéticos diminutos.
Los investigadores fabricaron pequeñas barras de diamante que contienen centros NV y los colocaron a nanómetros por encima de la muestra. A medida que las ondas de rotación se mueven a través del material, generan un campo magnético, que es recogido por el centro NV.
Según las mediciones del centro de NV, los investigadores ahora pueden determinar el potencial químico del espín, la cantidad de ondas de espín, cómo se mueven a través del material y otras ideas importantes.
"Lo bueno de esta técnica es que es muy local", dijo Van der Sar. "Puede hacer estas mediciones solo unos pocos nanómetros por encima de la muestra, lo que significa que puede estudiar espacialmente el potencial químico en una escala de chipdispositivo de ondas de giro, por ejemplo, una computadora de ondas de giro. Esto no es posible con algunas de las otras técnicas de vanguardia ".
Este sistema también podría ofrecer una visión de la física más exótica, como el efecto Hall de la onda de giro, o mostrar que el transporte de la onda de giro es hidrodinámico.
"El principio que usamos para controlar y medir el potencial químico del espín es bastante general. Abre formas de estudiar fenómenos de espín más exóticos en nuevos materiales y ayuda al desarrollo de nuevos dispositivos espintrónicos", dijo Du.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences . Original escrito por Leah Burrows. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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