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Jueves 16 de Julio de 2020 a las 06:45

Cómo mejorar la eficacia de los dispositivos a través de la espintrónica

La URJC estudia cómo algunos materiales como el grafeno pueden ser buenos conductores a la hora de aprovechar el espín de los electrones. Esta tecnología se está empleando para conseguir un mayor ahorro energético en el transporte o almacenamiento de la información.

Irene Vega

El uso de corrientes polarizadas de espín en vez de corrientes de carga para las tecnologías de la información es uno de los objetivos de la espintrónica. Esta rama de la física estudia cómo aprovechar el espín de los electrones –magnitud cuántica análoga al momento angular de rotación de la partícula- para realizar dispositivos electrónicos que mejoren la eficiencia en el transporte o almacenamiento de la información.

Los resultados del trabajo de investigación realizado por la URJC, en colaboración con el Instituto de Ciencia de Materiales (ICMM-CSIC) y el Instituto de Física Aplicada de Brasil, pueden abrir la puerta al diseño de nuevos dispositivos espintrónicos en escala nanométrica. “Hemos observado que las corrientes polarizadas de espín pueden generarse en nanocintas de grafeno a partir de las ondulaciones que pueden producirse en este material, de forma natural o intencionada. Estas ondulaciones o arrugas producen una interacción entre el espín y el momento angular orbital de la partícula, en lo que se conoce como interacción espín-órbita o Rashba”, explica Hernán Santos, investigador del departamento de Matemática Aplicada, Ciencia e Ingeniería de Materiales y Tecnología electrónica de la URJC.

El equipo de investigación ha observado que la corriente polarizada en espín aumenta cuando los electrones atraviesan múltiples ondulaciones separadas por regiones planas o varias regiones con y sin campo eléctrico. Los dispositivos que utilizan este tipo de corrientes para su funcionamiento podrían ver incrementada su eficiencia, suponiendo un ahorro energético en el transporte de la información con respecto a otros dispositivos actuales.

nanocinta

Imagen esquemática de una nanocinta de grafeno corrugada. Se ilustra por las esferas como la corriente no polarizada en espín (esfera gris) al atravesar las ondulaciones se convierte en corriente polarizada en espín (esferas de color rojo y azul). El espín se simboliza por flechas con diferentes orientaciones.

El estudio emergente de la espintrónica

Este nuevo campo de la tecnología ha generado una gran revolución en el desarrollo de nuevos dispositivos electrónicos. Estudios como el desarrollado por la URJC y sus colaboradores suponen un gran avance para el diseño, por ejemplo, de teléfonos móviles que puedan intercambiar más rápidamente la información o computadoras más compactas y con mayor capacidad de almacenamiento.

En este estudio teórico, el equipo científico ha empleado métodos y modelos propios de la física teórica del estado sólido como son modelos semiempíricos tipo tight-binding y el método de empalme de las funciones de Green, técnica matemática formulada por el físico Federico García Moliner (premio Príncipe de Asturias de Investigación Científica y Técnica en 1992 por su contribución a la física del estado sólido). Para el cálculo de las corrientes polarizadas se ha empleado el método de Landauer-Büttiker. “Además hemos realizado un análisis de las simetrías de los sistemas, empleando las herramientas matemáticas de la Teoría de Grupos”, apunta Hernán Santos.

El trabajo, publicado en la revista científica Carbon, recoge todos los resultados que han sido corroborados por el hallazgo de un método de combinación de las simetrías espaciales y de espín en estos sistemas bidimensionales concretos, pero que pueden utilizarse de forma general para predecir en otros materiales bidimensionales este tipo de corrientes polarizadas en espín. “El estudio de las simetrías es fundamental para conocer sin hacer ningún cálculo numérico qué materiales pueden presentar estas corrientes polarizadas en espín”, señala el investigador de la URJC.