Los investigadores han creado un nuevo campo de pruebas para los sistemas cuánticos en el que literalmente pueden activar y desactivar ciertas interacciones de partículas, lo que podría allanar el camino para los avances en la espintrónica.
La electrónica de transporte de espín tiene el potencial de revolucionar los dispositivos electrónicos como los conocemos, especialmente cuando se trata de computación. Mientras que la electrónica estándar usa la carga de un electrón para codificar información, los dispositivos espintrónicos dependen de otra propiedad intrínseca del electrón: su espín.
La espintrónica podría ser más rápida y confiable que la electrónica convencional, ya que el giro se puede cambiar rápidamente y estos dispositivos consumen menos energía. Sin embargo, el campo es joven y hay muchas preguntas que los investigadores deben resolver para mejorar su control de la información de giro. UnoUna de las preguntas más complejas que plagan el campo es cómo la señal transportada por partículas con espín, conocida como corriente de espín, decae con el tiempo.
"La señal que necesitamos para hacer que la espintrónica funcione, y para estudiar estas cosas, puede decaer. Al igual que queremos un buen servicio de telefonía celular para hacer una llamada, queremos que esta señal sea fuerte", dijo Chuan-Hsun Li,estudiante de posgrado en ingeniería eléctrica e informática en la Universidad de Purdue. "Cuando la corriente de espín decae, perdemos la señal". En el mundo real, los electrones no existen independientemente de todo lo que los rodea y se comportan exactamente como esperamos que lo hagan. Interactúan conotras partículas y entre diferentes propiedades dentro de sí mismas. La interacción entre el espín de una partícula una propiedad intrínseca y el momento una propiedad extrínseca se conoce como acoplamiento espín-órbita.
según un nuevo documento en Comunicaciones de la naturaleza , el acoplamiento de espín-órbita y las interacciones con otras partículas pueden mejorar dramáticamente la desintegración de la corriente de espín en un fluido cuántico llamado condensado de Bose-Einstein BEC.
"La gente quiere manipular la formación de espín para que podamos usarla para codificar información, y una forma de hacerlo es usar mecanismos físicos como el acoplamiento espín-órbita", dijo Li. "Sin embargo, esto puede llevar a algunos inconvenientes, comocomo la pérdida de información de giro ".
El experimento se realizó en el laboratorio de Yong Chen, profesor de física y astronomía e ingeniería eléctrica e informática en Purdue, donde su equipo creó algo así como un mini colisionador de partículas para BEC. Usando láseres, átomos de rubidio-87 dentro de unLas cámaras de vacío quedaron atrapadas y enfriadas casi hasta el cero absoluto los adictos a la física pueden recordar que las tecnologías de enfriamiento láser ganaron el Premio Nobel de física en 1997. La trampa láser ganó el premio en 2018.
En este punto, los átomos se convierten en un BEC: el más frío y misterioso de los cinco estados de la materia. A medida que los átomos se enfrían, comienzan a mostrar propiedades ondulantes. En este estado cuántico, tienen una crisis de identidad;se superponen entre sí y dejan de comportarse como individuos. Aunque BEC no es técnicamente un gas, esta podría ser la forma más fácil de imaginarlo: los físicos se refieren casualmente a él como fluido cuántico o gas cuántico.
Dentro del mini colisionador de fluidos cuánticos, el equipo de Chen envió dos BEC con giros opuestos chocando entre sí. Como lo harían dos nubes de gas, se penetran parcialmente entre sí, generando una corriente de giro.
"Muchos fenómenos fascinantes ocurren cuando chocan dos condensados. Originalmente, eran superfluidos, pero cuando chocan, parte de la fricción puede convertirlos en gas térmico", dijo Chen. "Porque podemos controlar todos los parámetros,este es un sistema realmente eficiente para estudiar este tipo de colisiones ".
Con este sistema, los investigadores pueden literalmente activar y desactivar el acoplamiento de órbita-espín, lo que les permite aislar su efecto sobre la desintegración de la corriente de espín. Esto no se puede hacer con electrones en materiales de estado sólido, que es parte de lo que haceeste sistema tan poderoso, dijo Chen.
El llamado gas cuántico es el sistema más limpio que el hombre puede hacer. No hay desorden, lo que hace posible crear una corriente de espín pura y estudiar sus propiedades. Chen espera seguir usando este campo de pruebas experimental y su corriente de espín bosónica para promoverexplorar muchas cuestiones fundamentales en el transporte de espín y la dinámica cuántica.
"Un desafío importante para la espintrónica y otras tecnologías cuánticas relacionadas es reducir la desintegración para que podamos propagar la información de espín a distancias más largas, durante tiempos más largos", dijo. "Con este nuevo conocimiento del papel del acoplamiento espín-órbita, estepuede ayudar a las personas a obtener nuevos conocimientos para reducir la descomposición de los espines y potencialmente también diseñar mejores dispositivos espintrónicos "
Esta investigación fue apoyada por la Purdue University, la Purdue Research Foundation, la National Science Foundation, el Departamento de Energía de EE. UU., El Departamento de Defensa y el Consejo de Investigación de Hong Kong.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por Universidad de Purdue . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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