Spintrônica: spin do elétron é medido em tempo real

Redação do Site Inovação Tecnológica - 02/09/2010

Esquema do experimento para observar a geração de segundo-harmônico induzido por correntes puras de spin, ou polarizadas pelo spin - (a) configuração no espaço real; (b) configuração no espaço de energia.
[Imagem: Werake et al/Nature Physics]

Cientistas da Universidade do Kansas, nos Estados Unidos, descobriram uma forma de medir as correntes de spin dos elétrons no interior de um semicondutor em tempo real e de forma não destrutiva.

O trabalho de Lalani Werake, que empregou lasers pulsados de alta potência, é um passo importante no campo da spintrônica, onde elétrons individuais podem ser usados para armazenar dados binários.

Os pesquisadores comparam o avanço com a criação de um radar usado para medir a velocidade de um carro passando por uma estrada - em comparação com o método antigo, que equivaleria a calcular a velocidade do carro olhando várias fotografias estáticas.

Desafios da spintrônica

A grande promessa da spintrônica é substituir a enxurrada de elétrons que faz funcionar os transistores da eletrônica atual por um enfoque muito mais sutil, onde cada elétron individual se transforma em um bit.

"Falando de forma bem grosseira, um elétron pode ser visto como uma pequena bola que gira," explica Hui Zhao, orientador de Werake. "A diferença é que uma bola pode girar em qualquer velocidade, mas um elétron só pode girar a uma determinada velocidade - em um sentido horário ou anti-horário."

O giro em um sentido é utilizado para representar o "zero" e o giro no outro sentido é utilizado para representar 'um'. Como um único elétron pode guardar o dado, um equipamento spintrônico será mais rápido e deverá consumir uma fração da energia necessária para alimentar um equipamento eletrônico atual.

Um dos grandes obstáculos no caminho da spintrônica tem sido a dificuldade em detectar as correntes de spin dos elétrons em tempo real.

Há várias técnicas para gerar correntes puras de spin. Mas, até agora, não existia um método capaz de detectá-las diretamente, principalmente porque elas não apresentam uma magnetização líquida ou uma corrente líquida.

"Nós não temos sido capazes de monitorar a velocidade dos elétrons, mas a velocidade está associada com a corrente de spin," disse Zhao. "Assim, não existia ainda uma maneira de detectar diretamente a corrente do spin."

Geração de segundo harmônico

Agora, Werake demonstrou que disparar um feixe de laser sobre uma amostra de material semicondutor gera luzes de cores diferentes se os elétrons estão fluindo - e o brilho da luz tem uma relação com a intensidade da corrente de spin do elétron.

O efeito óptico, conhecido como "geração de segundo harmônico", pode monitorar a corrente de spin em tempo real sem alterar a própria corrente.

Este é um avanço significativo em relação à análise da corrente de spin hoje em uso.

A nova técnica de detecção pode ser aplicada em uma ampla gama de materiais com diferentes estruturas de banda eletrônica porque ela não se baseia em ressonâncias ópticas.

Além disso, o controle das propriedades ópticas não lineares de materiais com correntes puras de spin pode ter aplicações em fotônica integrada com a spintrônica.

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