I fisici dell'Università di Groningen sono riusciti ad alterare il flusso delle onde di spin attraverso un magnete, utilizzando solo una corrente elettrica. Questo è un enorme passo avanti verso il transistor di spin necessario per costruire dispositivi spintronici. Questi promettono di essere molto più efficienti dal punto di vista energetico rispetto all'elettronica convenzionale. I risultati sono stati pubblicati il ​​2 marzo in Lettere di revisione fisica .

Lo spin è una proprietà della meccanica quantistica degli elettroni. In poche parole, fa sì che gli elettroni si comportino come piccoli aghi di bussola magnetica che possono puntare verso l'alto o verso il basso. Questo può essere utilizzato per trasferire o memorizzare informazioni, creando dispositivi spintronici che promettono numerosi vantaggi rispetto alla normale microelettronica.

In un computer convenzionale, sono necessari dispositivi separati per l'archiviazione dei dati (spesso utilizzando un processo magnetico) e l'elaborazione dei dati (transistor elettronici). Spintronics potrebbe integrare entrambi in un unico dispositivo, quindi non sarebbe più necessario spostare le informazioni tra unità di memorizzazione ed elaborazione. Per di più, gli spin possono essere memorizzati in modo non volatile, il che significa che il loro stoccaggio non richiede energia, a differenza della normale memoria RAM. Tutto ciò significa che la spintronica potrebbe potenzialmente realizzare computer più veloci e più efficienti dal punto di vista energetico.

Onda

Per realizzare questo, molti passi devono essere fatti e molte conoscenze fondamentali devono essere ottenute. Il gruppo di Physics of Nano Devices del professore di fisica Bart van Wees presso lo Zernike Institute of Advanced Materials dell'Università di Groningen è in prima linea in questo campo. Nel loro ultimo documento, presentano uno spin transistor basato su magnon. Magnon, o onde di rotazione, sono un tipo di onda che si verifica solo nei materiali magnetici. "Puoi vedere i magnon come un'onda, o una particella, come gli elettroni, spiega Ludo Cornelissen, Dottoranda nel gruppo Van Wees e primo autore del paper.

Nei loro esperimenti, Cornelissen e Van Wees generano magnon in materiali magnetici, ma anche elettricamente isolante. Gli elettroni non possono viaggiare attraverso il magnete, ma le onde di rotazione possono, proprio come un'onda in uno stadio si muove mentre gli spettatori rimangono tutti al loro posto. Cornelissen ha usato una striscia di platino per iniettare magnon in un magnete fatto di granato di ferro ittrio (YIG). 'Quando una corrente di elettroni viaggia attraverso la striscia, gli elettroni vengono dispersi dall'interazione con gli atomi pesanti, un processo chiamato effetto spin Hall. La dispersione dipende dallo spin di questi elettroni, così gli elettroni con spin up e spin down sono separati.'

Spin flip

All'interfaccia di platino e YIG, gli elettroni rimbalzano perché non possono entrare nel magnete. 'Quando questo accade, il loro giro gira dall'alto verso il basso, o vice versa. Però, questo provoca una rotazione parallela all'interno della YIG, che crea un magnon.' I magnon viaggiano attraverso il materiale e possono essere rilevati con una seconda striscia di platino.

'Qualche tempo fa abbiamo descritto questo trasporto di spin attraverso un magnete. Ora, abbiamo fatto il passo successivo:volevamo influenzare il trasporto.' Ciò è stato fatto utilizzando una terza striscia di platino tra l'iniettore e il rilevatore. Applicando una corrente positiva o negativa, è possibile iniettare magnon aggiuntivi nel canale di conduzione o drenare magnon da esso. 'Questo rende la nostra configurazione analoga a un transistor ad effetto di campo. In un tale transistor, un campo elettrico di un elettrodo di gate riduce o aumenta il numero di elettroni liberi nel canale, spegnendo così o aumentando la corrente.'

Cornelissen e i suoi colleghi mostrano che l'aggiunta di magnon aumenta la corrente di spin, mentre il loro drenaggio ne provoca una notevole riduzione. "Anche se non siamo ancora riusciti a spegnere completamente la corrente di Magnon, questo dispositivo agisce come un transistor', dice Cornelissen. La modellazione teorica mostra che la riduzione dello spessore del dispositivo può aumentare l'esaurimento dei magnon abbastanza da fermare completamente la corrente dei magnon.

Superconduttività

Ma c'è un'altra opzione interessante, spiega il supervisore di Cornelissen, Bart van Wees:"In un dispositivo più sottile, potrebbe essere possibile aumentare la quantità di magnon nel canale fino a un livello tale da formare un condensato di Bose-Einstein.' Questo è il fenomeno responsabile della superconduttività. E avviene a temperatura ambiente, contrariamente alla normale superconduttività, che si verifica solo a temperature molto basse.

Lo studio mostra che è possibile realizzare un transistor di spin YIG, e che a lungo andare questo materiale potrebbe persino produrre un superconduttore di spin. La bellezza del sistema è che l'iniezione di spin e il controllo delle correnti di spin si ottengono con una semplice corrente continua, rendendo questi dispositivi spintronici compatibili con la normale elettronica. "Il nostro prossimo passo è vedere se possiamo realizzare questa promessa", conclude Van Wees.