Eletrônica

Manipulação quântica dos elétrons poderá iniciar era pós-eletrônica

Redação do Site Inovação Tecnológica - 25/06/2008

Manipulação quântica dos elétrons poderá levar a computadores mais rápidos
[Imagem: Kawakami lab/UC Riverside]

Físicos da Universidade da Califórnia, nos Estados Unidos, fizeram uma descoberta acidental que tem o potencial para mudar a forma como a informação é transportada e armazenada nos computadores.

Manipulação do spin do elétron

A equipe do Dr. Roland Kawakami estava estudando o comportamento do spin dos elétrons no interior de estruturas híbridas ferromagnéticas/semicondutoras. Essa estrutura é uma espécie de sanduíche que tem como recheio uma película de óxido de magnésio (MgO).

Os cientistas descobriram que basta variar a espessura dessa camada de MgO para se obter formas muito práticas de manipulação de elétrons com spins específicos. A espessura da camada de óxido de magnésio determina quais tipos de elétrons - identificados pelos seus spins - conseguem passar da camada de semicondutor em direção à camada ferromagnética.

Spintrônica

Esta área de pesquisas, conhecida como spintrônica, já foi responsável por grandes avanços na tecnologia dos discos rígidos e é ainda mais promissora para o futuro, quando se espera que os computadores poderão armazenar dados contando não apenas com a carga, mas também com os spins dos elétrons.

O spin é uma propriedade quântica do elétron e é representado por um vetor, apontando para cima ou para baixo, como se fosse um ímã em miniatura. Esta pesquisa fornece uma prova de conceito importante sobre métodos simples de manipulação desses spins.

Variando a espessura da camada

Quando a interface de MgO é muito fina, com apenas duas camadas de átomos, os elétrons com spins para baixo passam do semicondutor para o ferromagneto, enquanto os elétrons com spins para cima são refletidos de volta para o semicondutor.

Quando a interface de MgO é mais grossa, com mais do que seis camadas atômicas, tanto os elétrons com spins para baixo quanto os elétrons com spins para cima são refletidos de volta, o que resulta em elétrons no semicondutor com um "spin líquido" igual a zero.

O mais surpreendente, contudo, foi descoberto justamente quando a camada de MgO possui uma espessura intermediária, entre duas e seis camadas atômicas. Essa espessura altera completamente a seletividade da interface.

"Nós observamos uma reversão completa e dramática nos spins dos elétrons que passam através da interface," conta o professor Kawakami. "Desta vez, os elétrons com spins para cima passam, enquanto os elétrons com spins para baixo são refletidos de volta para o semicondutor. Em outras palavras, a espessura da interface de MgO determina se serão os elétrons com spin para cima ou para baixo que passarão através dela."

Reversão do spin

Essa "reversão de spin" poderá ser utilizada como uma forma de se controlar o fluxo da corrente elétrica, o que é de enorme interesse da indústria de semicondutores porque a manipulação da corrente aqui significa a manipulação de bits de informação.

Agora os cientistas já vão partir diretamente para a construção de componentes spintrônicos que tirem proveito da reversão dos spins e da seletividade de seu material híbrido. Com isso eles poderão determinar se o mecanismo é passível de uso prático em dispositivos spintrônicos.

Bibliografia:

Inversion of Ferromagnetic Proximity Polarization by MgO Interlayers
Yan Li, Y. Chye, Y. F. Chiang, K. Pi, W. H. Wang, J. M. Stephens, S. Mack, D. D. Awschalom, R. K. Kawakami
Physical Review Letters
June 2008
Vol.: 100, 237205
DOI: 10.1103/PhysRevLett.100.237205




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