Spintrônica totalmente elétrica é demonstrada pela primeira vez

Redação do Site Inovação Tecnológica - 05/11/2009

Elétrons não-polarizados (spin up e spin down) entram pela esquerda do ponto quântico, saindo polarizados (spin up) pelo lado direito do dispositivo.
[Imagem: Philippe Debray]

Pesquisadores norte-americanos descobriram uma forma de controlar a orientação do spin de um elétron usando meios puramente elétricos.

A descoberta representa um grande impulso para a área da eletrônica do spin - ou spintrônica - a abordagem mais promissora quando se trata de superar o paradigma da eletrônica atual, baseada na tecnologia CMOS.

Carga versus spin

Desde a invenção do transístor, a eletrônica se fundamenta no controle do movimento da carga dos elétrons.

Mas os cientistas já perceberam que é possível criar transistores que funcionem por meio do controle do spin do elétron, em vez da sua carga, o que poderá levar à criação de processadores que consumam menos energia, aqueçam-se menos e sejam muito mais rápidos.

Até agora, os pesquisadores vêm tentando desenvolver transistores de spin por meio da incorporação de materiais ferromagnéticos. "Isso tem resultado em projetos significativamente mais complexos, principalmente com a necessidade contínua de fabricar transistores cada vez menores," explica Philippe Debray, da Universidade de Cincinnati, nos Estados Unidos.

"Uma abordagem muito melhor e mais prática é manipular a orientação do spin dos elétrons usando mecanismos puramente elétricos, como ligar e desligar uma tensão," diz Debray, ressaltando a importância da descoberta da qual ele é um dos autores.

Controle elétrico do spin

De fato, uma spintrônica sem ferromagnetismo, uma spintrônica totalmente elétrica, poderá ser o elo que faltava para o surgimento de uma geração futura de computadores e sistemas eletrônicos que poderão continuar avançando sem depender unicamente da diminuição das dimensões dos transistores.

"Nós usamos um pequeno fio quântico - tecnicamente um ponto de contato quântico - fabricado com o semicondutor arseneto de índio, para gerar uma corrente fortemente spin-polarizada," explica Debray.

A corrente elétrica formada pelos elétrons com spin controlado é gerada de forma contínua ajustando o potencial de confinamento do fio quântico por meio do controle da tensão aplicada às suas extremidades.

"A condição-chave para o sucesso do experimento é que o potencial de confinamento do fio deve ser assimétrico - os limites opostos do ponto de contato quântico devem ser assimétricos," explica Debray.

"Conseguimos isto ajustando as tensões nas portas do dispositivo. Graças aos efeitos relativísticos, a assimetria permite que os elétrons interajam por meio do acoplamento das órbitas do spin e se tornem polarizados. O acoplamento aciona a polarização do spin e a interação de Coulomb elétron-elétron a reforça," diz o pesquisador.

Mais quentes

A demonstração prática do controle puramente elétrico do spin dos elétrons, criando correntes spin-polarizadas, representa um dos passos mais importantes na pesquisa recente no campo da spintrônica, embora tenha sido obtida em condições de laboratório ainda distantes de uma aplicação prática.

O próximo passo experimental será obter os mesmos resultados a temperaturas mais altas e utilizando semicondutores diferentes, como o arseneto de gálio.

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