Convertir puntos cuánticos en transistores espintrónicos

Transistor espintrónico

Los puntos cuánticos forman el corazón de un nuevo diseño de transistor para corrientes de espín polarizado.

La espintrónica es una de las tecnologías que se prevé que cambie la naturaleza de la computación y las comunicaciones en los próximos años. Hasta ahora, todos los componentes electrónicos tales como transistores, han explotado una única propiedad del electrón: su carga. Pero los electrones tienen otra propiedad, su espín, el cual también puede aprovecharse para codificar información.

Por lo que encontrar formas de manipular el espín electrónico es una prioridad en muchos laboratorios del mundo. Y hoy, muchos dispositivos basados en el espín están cerca de su comercialización. Esto no significa que no haya espacio para más cosas y hoy, E. C. Siqueira y Guillermo Cabrera de UNICAMP en Brasil, proponen una nueva idea para transistores espintrónicos basados en el exótico fenómeno de la reflexión Andreev.

Coloca un trozo magnetizado de hierro cerca de un superconductor y tendrá lugar un efecto inusual. Los electrones aislados normalmente no pueden entrar en un superconductor. Pero si el espín de un electrón del hierro es exactamente opuesto al de otro electrón, pueden combinarse para formar un par de Cooper que puede entrar en el superconductor. Este proceso deja un hueco en el hierro viajando a través del interfaz con el superconductor – la conocida como reflexión Andreev.

Por supuesto, este proceso es altamente dependiente del espín de los electrones. En teoría, es posible apagar y encender el efecto manipulando este espín.

Lo que sugieren Siqueira y Cabrera es una forma novedosa de controlar este encendido y apagado. Sugieren usar dos ferroimanes para inyectar electrones con espín polarizado en el sistema. En uno de estos ferroimanes, la dirección del campo magnético es fija mientras que en la otra puede variar. Pero en lugar de conectar directamente estos ferroimanes al superconductor, la corriente de espín primero tiene que pasar a través de dos puntos cuánticos.

Esto lleva a un complejo patrón de corrientes. Primero, hay corrientes de espín polarizado procedentes de cada ferroimán viajando hacia el superconductor. Luego hay reflexiones Andreev viajando desde el superconductor. Y los crisoles en los que se mezclan e interfieren estas corrientes son puntos cuánticos.

Con la ayuda de algunos trucos matemáticos, Siqueira y Cabrera demuestran que el resultado final es una corriente de espín polarizado a través del ferroimán fijo que puede modularse, y apagarse y encenderse, cambiando la disposición en el otro ferroimán. En otras palabras, un transistor espintrónico.

Aunque la física implicada es compleja, la estructura de este dispositivo es relativamente simple y por tanto tendría que ser bastante fácil construirlo y probarlo.

Si funciona como sugieren Siqueira y Cabrera es la siguiente gran pregunta. Hacen un número de suposiciones, que tendrán que probarse experimentalmente antes de que pueda seguir su desarrollo, sobre el comportamiento de su sistema y cómo interactúan sus componentes.

Aún así, es una aproximación exótica a un problema interesante.

Artículo de Referencia: arxiv.org/abs/1003.3688: Magnetoresistance And Transistor-Like Behavior Of Double Quantum Dots Connected To Ferromagnetic And Superconductor Leads

Fecha Original: 23 de marzo de 2010
Enlace Original

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Comments (6)

  1. luf

    ¿podria alguien explicar, por favor, que es el espin?
    Gracias

  2. Jurl

    En realidad, hablan del número cuántico de spin, los números cuánticos de una partícula forman parte de la descripción de ésta, e indican propiedades; por ejemplo, hay un conocido principio de exclusión que debería conocer todo el mundo sobre que los cuatro que caracterizan a un electrón en un átomo deben ser diferentes. Originalmente se le dio el nombre de spin (rotar, en inglés) porque se concebía que giraban realmente (las partículas, en sentido levógiro unas y dextrógiro otras, supongo que tomando como referencia polar el campo magnético). Realmente como te imaginarás no son bolitas girando, aunque en la parte que concierne al momento angular (cuantizado) esta imagen sigue siendo válida. Los spines pueden tomar valores semienteros, porque realmente están asociados al momento dipolar magnético.

    Creo que me he explicado de puta pena xD.

  3. Luf

    No me queda muy claro porque no tengo muchas base en este campo pero gracias por tu ayuda.

  4. El spin es al fin y al cabo otra característica de las partículas como puede ser su carga; en el electrón esta característica vale un medio, y puede tomar el valor positivo (+1/2) o negativo (-1/2). El spin provoca un efecto parecido a lo que pasaría si el electrón estuviera girando sobre sí mismo, aunque el electrón en realidad no gira (o eso se piensa, porque en realidad no se ha podido ver un electrón tan de cerca, pero es lo que parece dar a entender la física, por varias consideraciones que no vienen al caso porque liarían mas que ayudar a entender). Si el valor es positivo es como si girara en el sentido del reloj y si es negativo, al revés (aunque esto depende de donde se mire). Luego el spin tiene varias consecuencias interesantes, por ejemplo el principio de exclusión que ha mencionado Jurl: si las partículas tienen spin semientero (1/2, 3/2, 5/2) serán lo que se conoce como fermiones y no podrán estar “en el mismo sitio a la vez”; esto es lo que permite que tengamos materia como la conocemos.

  5. Luf

    Gracias a ti tambien Karlo.
    Me lo dejais un poco mas claro pero parece que todo son hipotesis porque nadie ha visto un electron ¿no?

    • Jurl

      No, son reglas probadas, no van a cambiar en el futuro. Los electrones “no se pueden ver”, pero “como si los hubiésemos visto”. De hecho, los ves todos los días cada vez que enchufas un electrodoméstico xD

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