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IBM Research  se ha unido a un equipo de una universidad Europea para sincronizar espines de los electrones, lo que podría permitir un nuevo tipo de transistores semiconductores basados en magnteismo que resultarán en dispositivos de electrónica más eficientes energéticamente.

IBM y científicos de la ETH de Zurich, una de las principales universidades europeas, han introducido  por primera vez el primer mapa directo de la formación de una hélice de espín  persistente en un semiconductor.

El objetivo del proyecto es utilizar espines de los electrones para almacenar, transportar y procesar información. Sin embargo, hasta este descubrimiento, no estaba claro si los espines de los electrones poseen la capacidad de preservar la información codificada tiempo suficiente antes de la rotación.

Sin embargo, como se ilustra en la revista Nature, científicos de IBM Research y el Laboratorio de Física de estado sólido de ETH Zurich han demostrado que la sincronización de electrones se extiende a la vida útil espín del electrón en 30 veces a 1.1 nanosegundos – el mismo tiempo que tarda un procesador actual de un GHz en un ciclo.

La tecnología informática actual codifica y procesa los datos con la carga eléctrica de los electrones, IBM explicó en un comunicado de prensa. Sin embargo, esta técnica es limitada ya que las dimensiones de los semiconductores continúan reduciéndose hasta el punto donde ya no puede ser controlado el flujo de electrones. La espintrónica podría superar este impasse  aprovechando el giro de los electrones en lugar de su cargo, dijo IBM.

Esta nueva comprensión en la espintrónica no sólo proporciona a los científicos un control sin precedentes sobre los movimientos magnéticos dentro de los dispositivos, pero también abre nuevas posibilidades para la creación de una electrónica más eficientes energéticamente.

Un aspecto hasta ahora desconocido de la física, los científicos observaron cómo los espines de los electrones se mueven decenas de micrómetros en un semiconductor con sus orientaciones sincrónicamente girando a lo largo de la ruta de acceso similar a una pareja bailando el vals, el baile de salón vienés famoso donde las parejas rotan.

«Si todas las parejas comienzan con las mujeres que dan al norte, después de un tiempo, los pares de rotación están orientados en direcciones diferentes», dijo Gian Salis de Physics of Nanoscale Systems research group en IBM Research — Zurich, en un comunicado «Ahora podemos. bloquear la velocidad de rotación de los bailarines de la dirección en que se mueven. Esto resulta en una coreografía perfecta donde todas las mujeres en un área determinada encaran la misma dirección. Este control y la capacidad de manipular y observar el espín es un paso importante en el desarrollo de transistores basados en espín que son eléctricamente programables «.

Para su experimento, los científicos de IBM utiliza pulsos láser ultracortos para vigilar la evolución de miles de espines de los electrones que se crearon al mismo tiempo en un lugar muy pequeño. Atípicamente, dichos espines rotan al azar y pierden rápidamente su orientación, por primera vez, los científicos pudieron observar cómo estos espines se organizan perfectamente en una banda normal como patrón, llamado hélice de espín  persistente,  dijo IBM en su comunicado

El concepto de bloqueo de la rotación de espín fue propuesto originalmente en teoría en 2003 y desde entonces algunos experimentos incluso han encontrado indicios de dicho bloqueo, pero hasta ahora nunca se había observado directamente, dijo IBM.

Los científicos de IBM tomaron imágenes de la sincronizacion de los espines de los electrones mediante el uso de una técnica de resolución temporal de microscopio de barrido. La sincronización de la rotación de espín del electrón ha hecho posible observar el recorrido de espines de más de 10 micrómetros o una centésima de milímetro, lo que aumenta la posibilidad de utilizar el espín para el procesamiento de operaciones lógicas, rápido y eficiente energéticamente.

La razón para el movimiento de espín síncrono es una interacción spin-órbita cuidadosamente diseñada, un mecanismo físico que empareja el espín con el movimiento del electrón. El material semiconductor llamado arseniuro de galio (GaAs) fue producido por científicos de la ETH Zurich, que se conocen como el mundo como expertos en crecimiento de estructuras de semiconductores ultra limpios y precisos atómicamente, dijo IBM. GaAs es un semiconductor III / V comúnmente utilizado en la fabricación de dispositivos tales como circuitos integrados, infrarrojos diodos emisores de luz y las células solares de alta eficiencia.

La transferencia electrónica del espín desde el laboratorio hasta el mercado sigue siendo un reto importante, según IBM. La investigación espintrónica se lleva a cabo a temperaturas muy bajas en la que interactúan mínimamente espines de los electrones con el medio ambiente. En el caso de esta investigación en particular los científicos de IBM trabajó a 40 Kelvin (-233 C, -387 F), informó la compañía.

Este trabajo fue apoyado financieramente por la Swiss National Science Foundation a través del Swiss National Science Foundation through National Center of Competence in Research (NCCR) Nanoscale Sciences and NCCR Quantum Science and Technology. El artículo científico titulado «Direct mapping of the formation of a persistent spin helix» por MP Walser, C. Reichl, Wegscheider W. y G. Salis fue publicado en línea  en línea en la revista Nature Physics, DOI 10.1038/NPHYS2383 (12 de agosto de 2012).