(Phys.org)—Nel 2011, il gruppo di ricerca di Roland Wiesendanger, Professore di Fisica presso l'Università di Amburgo in Germania, fabbricato un dispositivo logico basato sugli spin utilizzando gli spin di singoli atomi, un'impresa che rappresenta i limiti ultimi della miniaturizzazione. In questi piccoli dispositivi, tutti gli atomi devono essere posizionati con precisione in modo che le loro informazioni di spin possano essere trasmesse da un atomo all'altro.

Il problema è che gli atomi non vogliono rimanere nelle loro posizioni designate per molto tempo. Anche la più piccola quantità di calore può superare il debole accoppiamento magnetico tra un atomo e un substrato che aiuta a mantenere l'atomo in posizione. Di conseguenza, il dispositivo logico basato su spin funziona solo a temperature inferiori a 0,3 K, appena sopra lo zero assoluto.

Ora in un nuovo articolo pubblicato su Nano lettere , Il team di Wiesendanger ha dimostrato dispositivi logici basati sullo spin fatti di molecole invece che di atomi. Le molecole sono tenute in posizione da un accoppiamento magnetico di superscambio, che è molto più forte dell'accoppiamento magnetico debole. Le interazioni più forti si traducono in un ordine di grandezza maggiore della temperatura di esercizio, fino a 6 K. I dispositivi di spin molecolare, che sono piccoli quasi quanto la versione atomica, hanno una stabilità molto più elevata e offrono ancora gli stessi potenziali vantaggi del funzionamento ad alta velocità e del basso consumo energetico che rendono i dispositivi spintronici così attraenti.

"Ora abbiamo tutti i pezzi da costruzione sulla superficie per creare dispositivi con blocchi molecolari, " l'autore principale Maciej Bazarnik, un fisico all'Università di Amburgo e all'Università di Tecnologia di Poznan in Polonia, detto Phys.org .

Generalmente, i dispositivi basati sugli spin funzionano controllando gli spin degli elettroni, proprio come i dispositivi elettronici convenzionali controllano la carica degli elettroni. Simile a come la carica è considerata negativa o positiva, lo spin è considerato sia su che giù. Applicando un campo magnetico, i ricercatori possono generare un eccesso di elettroni spin up o spin down, creando una polarizzazione di spin netto e producendo una corrente di spin magnetica.

Per costruire un dispositivo logico a tutti gli spin, la sfida è che gli atomi e le molecole devono essere disposti in modo che agiscano come fili, giunzioni, e altri elementi costitutivi per trasmettere le informazioni di rotazione facilmente disturbate da un luogo all'altro.

Nel nuovo studio, i ricercatori hanno costruito questi componenti con composti di coordinazione, che sono molecole magnetiche costituite da un atomo di metallo centrale (qui, cobalto) legato a gruppi di atomi circostanti. Questi gruppi sono scelti con cura per ottenere forti interazioni magnetiche tra gli atomi metallici portatori di spin di composti adiacenti, consentendo il trasferimento delle informazioni di rotazione.

I ricercatori hanno anche progettato la struttura chimica per alleviare un altro problema che affligge i dispositivi di spin su scala atomica:trasportando le informazioni di spin più direttamente tra le giunzioni, potrebbero ridurre notevolmente le interferenze indesiderate con i dispositivi vicini.

Con la loro maggiore stabilità, i dispositivi di logica di spin molecolare rappresentano un passo avanti verso la realizzazione di dispositivi di spin molto piccoli a temperature più elevate, che è necessario per realizzare applicazioni future.

"Stiamo esplorando diversi centri magnetici nelle nostre molecole per ottenere accoppiamenti magnetici più forti e aumentare la temperatura di esercizio ancora più in alto, " ha detto Bazarnik. "Dal momento che i dispositivi all-spin sono in definitiva piccoli, il loro utilizzo nella futura nanoelettronica sarebbe vantaggioso. Operano su un grado di libertà di spin e quindi non è necessario alcun flusso di corrente [elettrica] per la trasmissione dell'informazione. Quindi non c'è riscaldamento e consumo di energia molto basso."

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