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Tubos para transportar espines (Transportando espines por un tubo)

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Luis E. Hueso, Jose M. Pruneda, Valeria Ferrari, Gavin Burnell, Jose P. Valdes-Herrera, Benjamin D. Simons, Peter B. Littlewood, Emilio Artacho, Albert Fert & Neil D. Mathur

El espín es una propiedad intrínseca de los electrones, como lo pueda ser la carga, que está relacionado con el magnetismo de los materiales. En dispositivos de estado sólido convencionales (como diodos, transistores, etc), se hace uso principalmente de la carga, que es manipulada, almacenada o transmitida en los diversos elementos que componen el dispositivo.

Sin embargo, recientemente se están investigando nuevos métodos para poder emplear el espín del electrón y iseñar nuevos dispositivos electrónicos con nuevas funcionalidades, en lo que ha pasado a denominarse espintrónica, o electrónica de espínes. Es un campo nuevo que combina diversas áreas de física del estado sólido, como son el magnetismo, física de semiconductores, óptica, dispositivos mesoscópicos y mas recientemente electrónica molecular. Ya existen algunas aplicaciones espintrónicas que se distribuyen comercialmente, como las válvulas de espín de algunas cabezas lectoras de discos duros, pero aún queda mucho camino para alcanzar uno de los objetivos mas ambiciosos que se persiguen: la computación cuántica utilizando el espín electrónico.

El trabajo que publica esta semana la revista Nature, Transportation of spin information into large electrical signals using Carbon Nanotubes, y entre cuyos autores figura el Dr. Miguel Pruneda del Institut de Ciència de Materials de Barcelona (ICMAB-CSIC), es un avance importante en el campo de la espintrónica nanometrica (escala de millonesimas de milimetro), puesto que se consigue inyectar espínes en un material no magnético, transmitir dicho espín sobre distancias grandes (miles de nanómetros) y volver a detectarlo al otro lado del dispositivo, con una señal eléctrica suficiente. Para ello se utiliza una combinación de materiales novedosa que permite solventar algunos de los problemas de anteriores dispositivos.

Por un lado tenemos el problema de inyectar espínes. Para la generacion de espínes hace falta una "fuente" de donde obtenerlos. Se buscan materiales que sean ferromagnéticos y que tengan una proporción alta de spines de conducción.
En los experimentos realizados por el equipo de investigadores se utilizan como fuente de espínes dos electrodos de un material ferromagnético (manganitas dopadas) en el que una elevada proporción de espínes de conducción estan alineados.

Éstos tienen que ser inyectados en el dispositivo a un ritmo mayor del que desaparecen, ya que a medida que se mueven por el material, se producen colisiones con otras partículas que hacen que se pierda la memoria del espín inicial con el que entraron. En este caso, se utiliza un nanotubo de carbono de unos pocos nanómetros de diámetro y una longitud mil veces mayor, que hace las veces de cable de conducción, uniendo los dos electrodos. La propagación de los espínes en el nanotubo es tal que el espín apenas se ve perturbado y puede atravesar toda la longitud del nanotubo sin sufrir procesos de disipación, lo que permite la detección en el otro extremo.

Mediante simulaciones por ordenador, el equipo de investigadores estudió a nivel atómico las propiedades del contacto entre la superficie de la manganita y el nanotubo, comprobando que existe una alta proporción de espínes en la superficie, y una barrera de potencial que hace que a los espínes les cueste energía saltar al tubo. La existencia de esta barrera posibilita trabajar con diferencias de potencial altas entre los dos electrodos lo que permite obtener una señal de salida del
dispositivo alta.
A pesar de las diferentes geometrias y propiedades quimicas de los materiales empleados, este trabajo demuestra la posibilidad de transmitir eficientemente la información de espín, y abre nuevos caminos
para la espintrónica.

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