Investigadores de la Universidad de Linköping y el Real Instituto de Tecnología de Suecia proponen un nuevo concepto de dispositivo que puede transferir de manera eficiente la información transportada por el espín del electrón a la luz a temperatura ambiente, un trampolín hacia la tecnología de la información del futuro. Presentan su enfoque en unartículo en Comunicaciones de la naturaleza .
En la tecnología de la información actual, la luz y la carga de electrones son los principales medios para el procesamiento y la transferencia de la información. En la búsqueda de una tecnología de la información que sea aún más rápida, más pequeña y más eficiente desde el punto de vista energético, los científicos de todo el mundo están explorando otra propiedad de los electrones:- su espín. La electrónica que explota tanto el espín como la carga del electrón se llama "espintrónica".
Al igual que la Tierra gira alrededor de su propio eje, un electrón gira alrededor de su propio eje, ya sea en el sentido de las agujas del reloj o en el sentido contrario. El sentido de giro de la rotación se conoce como estados de giro hacia arriba y hacia abajo. En espintrónica, los dos estados representanlos bits binarios de 0 y 1 y, por lo tanto, transportan información. La información codificada por estos estados de espín puede, en principio, ser convertida en luz mediante un dispositivo emisor de luz, que luego transporta la información a una larga distancia a través de fibras ópticas.La información abre la posibilidad de una tecnología de la información futura que explote tanto el espín electrónico como la luz, y la interacción entre ellos, una tecnología conocida como "opto-espintrónica".
La transferencia de información en opto-espintrónica se basa en el principio de que el estado de espín del electrón determina las propiedades de la luz emitida. Más específicamente, es luz quiral, en la que el campo eléctrico gira en sentido horario o antihorario cuandovisto en la dirección de viaje de la luz. La rotación del campo eléctrico está determinada por la dirección de giro del electrón. Pero hay una trampa.
"El problema principal es que los electrones pierden fácilmente sus orientaciones de espín cuando aumenta la temperatura. Un elemento clave para futuras aplicaciones de luz de espín es la transferencia eficiente de información cuántica a temperatura ambiente, pero a temperatura ambiente la orientación del espín del electrón es casi aleatoria.significa que la información codificada en el espín del electrón se pierde o es demasiado vaga para convertirse de manera confiable en su luz quiral distintiva ", dice Weimin Chen en el Departamento de Física, Química y Biología, IFM, en la Universidad de Linköping.
Ahora, investigadores de la Universidad de Linköping y el Instituto Real de Tecnología han ideado una interfaz de luz giratoria eficiente.
"Esta interfaz no solo puede mantener e incluso mejorar las señales de espín de los electrones a temperatura ambiente. También puede convertir estas señales de espín en las correspondientes señales de luz quirales que viajan en la dirección deseada", dice Weimin Chen.
El elemento clave del dispositivo son los discos extremadamente pequeños de arseniuro de nitrógeno galio, GaNA. Los discos tienen solo un par de nanómetros de alto y están apilados uno encima del otro con una capa delgada de arseniuro de galio GaAs entre ellos para formar una chimenea.nanopilares en forma. En comparación, el diámetro de un cabello humano es aproximadamente mil veces mayor que el diámetro de los nanopilares.
La capacidad única del dispositivo propuesto para mejorar las señales de giro se debe a los defectos mínimos introducidos en el material por los investigadores. Menos de uno de cada millón de átomos de galio se desplazan de sus sitios de celosía designados en el material. Los defectos resultantes enel material actúa como filtros de giro eficientes que pueden drenar electrones con una orientación de giro no deseada y preservar aquellos con la orientación de giro deseada.
"Una ventaja importante del diseño de nanopilares es que la luz puede guiarse fácilmente y acoplarse de manera más eficiente hacia adentro y hacia afuera", dice Shula Chen, primera autora del artículo.
Los investigadores esperan que su dispositivo propuesto inspire nuevos diseños de interfaces spin-light, que son muy prometedoras para las futuras aplicaciones opto-espintrónicas.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Linköping . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
Referencia de la revista :
cite esta página :