Con disculpas a Isaac Asimov, la fase más emocionante para escuchar en ciencia no es "Eureka", sino "Eso es gracioso ..."
Un momento "divertido" en un laboratorio de física de la Universidad Estatal de Colorado ha llevado a un descubrimiento fundamental que podría desempeñar un papel clave en la microelectrónica de la próxima generación.
Publicando en Física de la naturaleza 25 de abril, los científicos, dirigidos por el profesor de Física Mingzhong Wu en la Facultad de Ciencias Naturales de CSU, son los primeros en demostrar el uso de luz no polarizada para producir en un metal lo que se llama voltaje de espín, una unidad de potencia producida a partir deel giro cuántico de un electrón individual. El control de los giros de electrones para su uso en aplicaciones de memoria y lógica es un campo relativamente nuevo llamado spin electronics, o spintronics, y el tema del Premio Nobel de Física 2007.
La pasión de Wu y su grupo es encontrar nuevas y mejores formas de controlar los giros de electrones, cuya física no se comprende completamente. Spintronics explota la noción de que los espines de electrones se pueden manipular y usar para procesar y almacenar información, con una fracciónde la potencia necesaria en la electrónica convencional y ubicua.
Tenga en cuenta que el iPhone y todos los dispositivos electrónicos están basados en siglos de ciencia en torno a la corriente de carga: la física de las cargas positivas o negativas que fluyen a través de un dispositivo. El problema perenne es el enorme consumo de energía de los dispositivos de corriente de carga, yla resistencia eléctrica que causa la pérdida de energía en forma de calor, razón por la cual su computadora portátil se sobrecalienta.
Son estas barreras de energía y calor las que retienen los componentes electrónicos más pequeños y potentes. Y es por eso que la ciencia está recurriendo a la spintrónica, porque ofrece una forma completamente nueva de hacer que un dispositivo funcione. Para utilizar la energía de un giro electrónico, no hayse necesita corriente de carga. Todo lo que se necesita es un campo magnético o un material magnético, que pueda orientar los giros "hacia arriba" o "hacia abajo". Los giros hacia arriba y hacia abajo son análogos a las cargas positivas y negativas.
Lo que los científicos de CSU han encontrado es un método completamente nuevo para crear corrientes de giro. Los métodos existentes incluyen el uso de una corriente de carga, microondas o una fuente de calor. Pero por primera vez, el equipo de CSU demuestra el uso de la luz, o en elmundo cuántico, fotones, para generar sus corrientes de espín.
Otros científicos han hecho cosas similares, pero usaron un tipo especial de luz polarizada. Aquí, los científicos de la CSU usaron luz simple no polarizada: "una bombilla halógena comprada en Ace Hardware", dijo el estudiante graduado David Ellsworth, quien es el primeroautor del artículo. Demostraron una corriente de giro "pura", que no implicaba ningún movimiento de carga. Fue una hazaña sin precedentes.
El avance se produjo mientras los científicos estudiaban una forma diferente de hacer corrientes de giro, utilizando el calor de su bombilla halógena, llamado efecto Spin Seebeck. Notaron algunos datos de fondo que no pudieron explicar.
Siempre curioso, verificaron todas las posibilidades y determinaron que esta corriente de espín aparentemente inducida por la luz podría ser un nuevo fenómeno cuántico. Lo probaron mediante el diseño de medidas de control únicas que involucran diferentes aisladores magnéticos y películas metálicas finas, como el platino. Después de replicar sus resultadosen el laboratorio, recurrieron a teóricos de la Universidad de California en Irvine y la Universidad de Fudan para que los ayudaran a interpretar la física de lo que habían descubierto, y que son coautores en el Física de la naturaleza papel
Wu dijo que el descubrimiento es demasiado nuevo para pensar en aplicaciones reales; donde están ahora continúa haciendo avances en la comprensión de las corrientes de espín. "Al igual que con el efecto fotovoltaico cuando se descubrió por primera vez, nadie pensó enprimero de una célula solar ", dijo Wu." Las tecnologías toman tiempo antes de ser utilizadas en dispositivos reales. Este es un descubrimiento nuevo y fundamental ".
Dijo Jake Roberts, presidente del Departamento de Física: "Ha habido enormes avances técnicos en el control de la luz. Lo que veo en este descubrimiento es que ahora, han vinculado la luz al control de rotación. Utilizando una fuente de luz simple para produciruna corriente de giro ofrece nuevas oportunidades para el control y la generación de energía ".
Los investigadores continuarán explorando la creación de corrientes de giro con luz intercambiando materiales y probando diferentes fuentes de luz. Demostraron el control de la luz en el rango infrarrojo, dijo Ellsworth. Mover hacia el rango visible o UV probablemente ofrecería aplicaciones más robustas para los dispositivos.
"El marco para generar y detectar corrientes de espín no es trivial", explicó Ellsworth. "Mientras tanto, hay cientos de años generando corrientes de carga y sabiendo cómo medirlas, manipularlas y caracterizarlas. La espintrónica es un campo nuevo, y los dispositivos ahora están llegando al mercado que utilizan una pequeña parte de esto "
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Materiales proporcionado por Universidad Estatal de Colorado . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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