Spintronics è promettente per i futuri dispositivi elettronici a bassa potenza. Lo spin è una proprietà quantomeccanica degli elettroni che può essere meglio immaginata come elettroni che ruotano attorno ai propri assi, facendoli comportare come piccoli aghi di bussola. Una corrente di spin di elettroni potrebbe essere utilizzata nei dispositivi elettronici. Però, per generare una corrente di spin adeguata, hai bisogno di un magnete relativamente grande. È stato proposto un metodo alternativo che utilizza un tipo speciale di molecola, ma la grande domanda è se funziona. Ph.D. dell'Università di Groninga lo studente Xu Yang ha costruito un modello teorico che descrive come testare questo nuovo metodo.

Lo spin può avere due direzioni, solitamente indicato come "su" e "giù". In una normale corrente di elettroni, ci sono quantità uguali di entrambe le direzioni di spin, ma usare lo spin per trasferire le informazioni richiede un surplus di una direzione. Questo di solito viene fatto iniettando elettroni in un dispositivo spintronico attraverso un ferromagnete, che favorirà il passaggio di un tipo di spin. "Ma i ferromagneti sono ingombranti rispetto agli altri componenti, "dice Yang.

DNA

Ecco perché una svolta del 2011 che è stata pubblicata in Scienza sta attirando una maggiore attenzione. Questo articolo riportava che il passaggio di una corrente attraverso un monostrato di doppie eliche di DNA favorirebbe un tipo di spin. Le molecole di DNA sono chirali, il che significa che possono esistere in due forme che sono immagini speculari, come una mano sinistra e destra. Il fenomeno è stato soprannominato "selettività di spin indotta chirale" (CISS), e negli ultimi anni, diversi esperimenti sono stati pubblicati presumibilmente mostrando questo effetto CISS, anche nei dispositivi elettronici.

"Ma non eravamo così sicuri, " spiega Yang. Un tipo di esperimento utilizzava un monostrato di frammenti di DNA, mentre un altro usava un microscopio a forza atomica per misurare la corrente attraverso singole molecole. Negli esperimenti sono state utilizzate diverse eliche chirali. "I modelli che spiegano perché queste molecole favorirebbero uno degli spin hanno fatto molte ipotesi, Per esempio, sulla forma delle molecole e sul percorso degli elettroni."

circuiti

Quindi Yang ha deciso di creare un modello generico per descrivere come gli spin sarebbero passati attraverso diversi circuiti in un regime lineare (cioè il regime in cui operano i dispositivi elettronici). "Questi modelli erano basati su regole universali, indipendente dal tipo di molecola, " spiega Yang. Una di queste regole è la conservazione della carica, che afferma che ogni elettrone che entra in un circuito dovrebbe alla fine uscire. Una seconda regola è la reciprocità, che afferma che se si scambiano i ruoli dei contatti di tensione e corrente in un circuito, il segnale dovrebbe rimanere lo stesso.

Prossimo, Yang ha descritto come queste regole influenzerebbero la trasmissione e la riflessione degli spin in diversi componenti, Per esempio, una molecola chirale e un ferromagnete tra due contatti. Le regole universali gli hanno permesso di calcolare cosa è successo agli spin in questi componenti. Ha quindi utilizzato i componenti per modellare circuiti più complessi. Questo gli ha permesso di calcolare cosa aspettarsi se le molecole chirali mostrassero l'effetto CISS e cosa aspettarsi in caso contrario.

Convincente

Quando ha modellato gli esperimenti CISS pubblicati finora, Yang ha scoperto che alcuni sono, infatti, inconcludente. "Questi esperimenti non sono abbastanza convincenti. Non mostrano una differenza tra molecole con e senza CISS, almeno non nel regime lineare dei dispositivi elettronici." Inoltre, qualsiasi dispositivo che utilizzi solo due contatti non sarà in grado di dimostrare l'esistenza del CISS. La buona notizia è che Yang ha progettato circuiti con quattro contatti che consentiranno agli scienziati di rilevare l'effetto CISS nei dispositivi elettronici. "Attualmente sto lavorando anche su un circuito del genere, ma poiché è costituito da elementi costitutivi molecolari, questa è una bella sfida".

Pubblicando ora il suo modello, Yang spera che più scienziati inizino a costruire i circuiti che ha proposto, e sarà finalmente in grado di provare l'esistenza del CISS nei dispositivi elettronici. "Questo sarebbe un grande contributo alla società, in quanto potrebbe consentire un approccio completamente nuovo al futuro dell'elettronica."