Física

Dispositivo cuántico para retener, detectar y manipular el espín de un electrón

(NC&T) La investigación trae más cerca de la realidad a los dispositivos electrónicos basados sólo en el uso del espín, los cuales prometen una computación de bajo consumo de energía y altos rendimientos.

El nuevo método utilizado en este estudio permite trabajar fácilmente con el espín de electrones aislados, en un modo que tiene el potencial de ser reproducido a mayor escala en el futuro para lograr circuitos integrados de alta densidad.

Si bien varios grupos han conseguido recientemente la retención de un solo espín, todos lo han logrado aplicando puntos cuánticos, semiconductores de tamaño nanométrico que sólo pueden demostrar la retención del espín a temperaturas sumamente frías, por debajo de un grado Kelvin o -272 grados centígrados. Enfriar los dispositivos o las computadoras a estas temperaturas no puede lograrse rutinariamente, y hace a los sistemas mucho más sensibles a las interferencias.

Los investigadores de la Universidad de Buffalo, por el contrario, han atrapado y detectado el espín a temperaturas por encima de los 20 grados Kelvin, un nivel que, según ellos, debe permitir el desarrollo de una tecnología bastante más viable.

Manipular el espín de un electrón
Este semiconductor proporciona una forma nueva de atrapar, detectar y manipular el espín de un electrón. (Foto: U. Buffalo)
Además, el sistema que han desarrollado requiere de relativamente pocas puertas lógicas, componentes semiconductores que controlan el flujo de los electrones, haciendo que incrementar la escala del sistema hacia circuitos integrados más complejos resulte muy factible.

Los investigadores de la Universidad de Buffalo lograron el éxito a través del uso innovador de contactos de punto cuántico: angostos estrechamientos nanométricos que controlan el flujo de las cargas eléctricas entre dos regiones conductoras de un semiconductor.

El sistema desarrollado guía la corriente eléctrica en un semiconductor, mediante la aplicación selectiva de voltaje a las puertas metálicas fabricadas en su superficie.

Estas puertas tienen un orificio nanométrico entre ellas y es allí donde se forma el contacto de punto cuántico cuando se les aplica el voltaje.

Variando el voltaje aplicado a las puertas, el ancho de esta constricción puede ser disminuido continuamente, hasta que se acaba cerrando por completo.

Al aumentar los investigadores la carga en las puertas, empieza a cerrarse el orificio permitiendo que cada vez menos electrones lo atraviesen hasta que finalmente dejan de hacerlo. Cuando los investigadores estrechan el canal, justo antes de que se cierre completamente el orificio, pueden detectar y atrapar al último electrón en el canal y su espín.

El próximo paso en la línea de investigación del equipo de la Universidad de Buffalo es la retención y detección de dos o más espines que puedan comunicarse entre sí, requisito previo para la espintrónica y la computación cuántica.


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