Es posible que en el futuro se utilice tecnología de la información en la que el espín del electrón se utilice para almacenar, procesar y transferir información en computadoras cuánticas. Durante mucho tiempo, el objetivo de los científicos fue poder utilizar la tecnología de la información cuántica basada en espines en la sala.temperatura. Un equipo de investigadores de Suecia, Finlandia y Japón ha construido un componente semiconductor en el que la información se puede intercambiar de manera eficiente entre el espín del electrón y la luz a temperatura ambiente y superior. El nuevo método se describe en un artículo publicado en Fotónica de la naturaleza .
Es bien sabido que los electrones tienen una carga negativa, y también tienen otra propiedad, el espín. Este último puede resultar fundamental en el avance de la tecnología de la información. En pocas palabras, podemos imaginar que el electrón gira alrededor de su propio eje., similar a la forma en que la Tierra gira alrededor de su propio eje. La espintrónica, un candidato prometedor para la tecnología de la información del futuro, utiliza esta propiedad cuántica de los electrones para almacenar, procesar y transferir información. Esto brinda importantes beneficios, como una mayor velocidady menor consumo de energía que la electrónica tradicional.
Los avances en espintrónica en las últimas décadas se han basado en el uso de metales, y estos han sido muy significativos por la posibilidad de almacenar grandes cantidades de datos. Sin embargo, habría varias ventajas en el uso de espintrónica basada en semiconductores, en elde la misma manera que los semiconductores forman la columna vertebral de la electrónica y la fotónica de hoy.
"Una ventaja importante de la espintrónica basada en semiconductores es la posibilidad de convertir la información representada por el estado de espín y transferirla a la luz, y viceversa. La tecnología se conoce como opto-espintrónica.integre el procesamiento y almacenamiento de información basado en el giro con la transferencia de información a través de la luz ", dice Weimin Chen, profesor de la Universidad de Linköping, Suecia, quien dirigió el proyecto.
Dado que la electrónica que se utiliza hoy en día funciona a temperatura ambiente y superior, un problema grave en el desarrollo de la espintrónica ha sido que los electrones tienden a cambiar y aleatorizar su dirección de giro cuando aumenta la temperatura. Esto significa que la información codificada por el espín del electrón indicase pierde o se vuelve ambiguo. Por lo tanto, es una condición necesaria para el desarrollo de la espintrónica basada en semiconductores que podamos orientar esencialmente todos los electrones al mismo estado de espín y mantenerlo, en otras palabras, que estén polarizados de espín, a temperatura ambiente y superioresLa investigación anterior ha logrado una polarización de espín de electrones más alta de alrededor del 60% a temperatura ambiente, insostenible para aplicaciones prácticas a gran escala.
Investigadores de la Universidad de Linköping, la Universidad de Tampere y la Universidad de Hokkaido ahora han logrado una polarización de espín de electrones a temperatura ambiente superior al 90%. La polarización de espín se mantiene en un nivel alto incluso hasta 110 ° C.Este avance tecnológico, que se describe en Fotónica de la naturaleza , se basa en una nanoestructura opto-espintrónica que los investigadores han construido a partir de capas de diferentes materiales semiconductores. Contiene regiones a nanoescala llamadas puntos cuánticos. Cada punto cuántico es unas 10.000 veces más pequeño que el grosor de un cabello humano. Cuando un giroun electrón polarizado incide en un punto cuántico, emite luz; para ser más precisos, emite un solo fotón con un estado momento angular determinado por el espín del electrón. Por lo tanto, se considera que los puntos cuánticos tienen un gran potencial como interfazpara transferir información entre el espín del electrón y la luz, como será necesario en la espintrónica, la fotónica y la computación cuántica. En el estudio recientemente publicado, los científicos muestran que es posible utilizar un filtro de espín adyacente para controlar el espín del electrón de los puntos cuánticos de forma remotay a temperatura ambiente.
Los puntos cuánticos están hechos de arseniuro de indio InAs, y una capa de arseniuro de nitrógeno galio GaNA funciona como un filtro de giro. Entre ellos se intercala una capa de arseniuro de galio GaAs. Ya se están utilizando estructuras similaresen tecnología optoelectrónica basada en arseniuro de galio, y los investigadores creen que esto puede facilitar la integración de la espintrónica con los componentes electrónicos y fotónicos existentes.
"Estamos muy contentos de que nuestros esfuerzos a largo plazo para aumentar la experiencia necesaria para fabricar semiconductores que contienen N altamente controlados están definiendo una nueva frontera en la espintrónica. Hasta ahora, hemos tenido un buen nivel de éxito en el uso de dichos materiales.para dispositivos optoelectrónicos, más recientemente en células solares de alta eficiencia y diodos láser. Ahora esperamos continuar con este trabajo y unir la fotónica y la espintrónica, utilizando una plataforma común para la tecnología cuántica basada en la luz y en el espín ", diceLa profesora Mircea Guina, jefa del equipo de investigación de la Universidad de Tampere en Finlandia.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Linköping . Original escrito por Karin Söderlund Leifler. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
Referencia de la revista :
cite esta página :