L'elettronica convenzionale si basa sul controllo della carica elettrica. Recentemente, ricercatori hanno esplorato il potenziale di una nuova tecnologia, chiamata spintronica, che si basa sulla rilevazione e il controllo dello spin di una particella. Questa tecnologia potrebbe portare a nuovi tipi di dispositivi più efficienti e potenti.

In un articolo pubblicato su Lettere di fisica applicata , i ricercatori hanno misurato quanto fortemente lo spin di un portatore di carica interagisce con un campo magnetico in un diamante. Questa proprietà cruciale mostra il diamante come un materiale promettente per i dispositivi spintronici.

Il diamante è attraente perché sarebbe più facile da elaborare e fabbricare in dispositivi spintronici rispetto ai tipici materiali semiconduttori, disse Golrokh Akhgar, un fisico alla La Trobe University in Australia. I dispositivi quantistici convenzionali si basano su più strati sottili di semiconduttori, che richiedono un elaborato processo di fabbricazione in un vuoto ultraelevato.

"Il diamante è normalmente un ottimo isolante, " ha detto Akhgar. Ma, quando esposto al plasma di idrogeno, il diamante incorpora atomi di idrogeno nella sua superficie. Quando un diamante idrogenato viene introdotto nell'aria umida, diventa elettricamente conduttivo perché sulla sua superficie si forma un sottile strato d'acqua, estrarre elettroni dal diamante. Gli elettroni mancanti sulla superficie del diamante si comportano come particelle cariche positivamente, chiamati buchi, rendendo la superficie conduttiva.

I ricercatori hanno scoperto che questi fori hanno molte delle proprietà giuste per la spintronica. La proprietà più importante è un effetto relativistico chiamato accoppiamento spin-orbita, dove lo spin di un portatore di carica interagisce con il suo moto orbitale. Un forte accoppiamento consente ai ricercatori di controllare lo spin della particella con un campo elettrico.

Nei lavori precedenti, i ricercatori hanno misurato la forza con cui l'accoppiamento spin-orbita di un buco potrebbe essere progettato con un campo elettrico. Hanno anche mostrato che un campo elettrico esterno potrebbe regolare la forza dell'accoppiamento.

In recenti esperimenti, i ricercatori hanno misurato quanto fortemente lo spin di un buco interagisce con un campo magnetico. Per questa misura, i ricercatori hanno applicato campi magnetici costanti di diversa intensità paralleli alla superficie del diamante a temperature inferiori a 4 Kelvin. Hanno anche applicato simultaneamente un campo perpendicolare costantemente variabile. Monitorando come è cambiata la resistenza elettrica del diamante, hanno determinato il fattore g. Questa quantità potrebbe aiutare i ricercatori a controllare la rotazione nei dispositivi futuri utilizzando un campo magnetico.

"La forza di accoppiamento degli spin portanti con i campi elettrici e magnetici è al centro della spintronica, "Akhgar ha detto. "Ora abbiamo i due parametri cruciali per la manipolazione degli spin nello strato superficiale conduttivo del diamante da parte di campi elettrici o magnetici".

Inoltre, il diamante è trasparente, quindi può essere incorporato in dispositivi ottici che funzionano con luce visibile o ultravioletta. I diamanti di azoto vacanti - che contengono atomi di azoto accoppiati con atomi di carbonio mancanti nella sua struttura cristallina - mostrano la promessa come bit quantistico, o qubit, la base per la tecnologia dell'informazione quantistica. Essere in grado di manipolare lo spin e usarlo come qubit potrebbe portare a ancora più dispositivi con potenziale non sfruttato, ha detto Akhgar.