El avance cuántico: Los investigadores descubren un nuevo método para manipular electrones
Los electrones son conocidos principalmente por su carga negativa, que impulsa la corriente eléctrica, pero también poseen espín, una propiedad magnética con un enorme potencial para el avance de la tecnología de almacenamiento de datos. Sin embargo, controlar eficazmente el espín de los electrones sigue siendo un reto.
Aprovechamiento del espín mediante materiales ferromagnéticos y moléculas quirales
Un método habitual para alinear el espín de los electrones consiste en hacer pasar una corriente eléctrica a través de un material ferromagnético, como el hierro. Este proceso polariza el espín de los electrones en alineación con el campo magnético del material.
Como alternativa, los investigadores han estado explorando moléculas quirales -estructuras que carecen de una imagen especular superponible, como las hélices- para lograr la polarización del espín. Los estudios sugieren que estas moléculas pueden inducir la polarización del espín a niveles comparables a los de los materiales ferromagnéticos, en torno al 60-70%. A pesar de los prometedores resultados, este enfoque sigue siendo objeto de debate en la comunidad científica.
Confirmación de la selectividad de espín inducida por quiral (CISS)
Un equipo de investigadores de la Universidad Johannes Gutenberg de Maguncia (JGU) ha confirmado la existencia de la selectividad de espín inducida por el quiral (CISS). En lugar de hacer pasar una carga eléctrica directamente a través de moléculas quirales, el equipo creó un sistema híbrido, recubriendo una fina película de oro con moléculas quirales. Aunque la mayor parte de la corriente fluyó a través del oro, la presencia de moléculas quirales alteró el estado electrónico del oro.
Los investigadores examinaron cómo la corriente de espín se convertía en corriente de carga. En las películas de oro puro, alrededor del 3% de la corriente de espín se transforma en carga, independientemente de la orientación del espín del electrón. Sin embargo, en el sistema híbrido oro-molécula quiral, la tasa de conversión variaba significativamente en función de la orientación del espín de la molécula.
Cuando las moléculas quirales diestras recubrían la superficie de oro, los electrones con espín ascendente se convertían en carga con más eficacia que los de espín descendente. El efecto contrario se produjo con moléculas zurdas. Esto demostró que la conversión de espín en carga depende de la quiralidad molecular.
Influencia direccional del espín y la quiralidad
El efecto también resultó ser vectorial, como explicó la profesora Angela Wittmann de la JGU. Si la estructura helicoidal de la molécula quiral apuntaba hacia arriba, la conversión de la corriente de espín sólo se producía cuando el espín del electrón estaba alineado en la misma dirección o directamente en dirección opuesta. Si la orientación del espín se desviaba de esta alineación, el efecto desaparecía.
«Estos hallazgos contribuyen significativamente al reconocimiento de la selectividad de espín y del papel que desempeñan las moléculas quirales en la influencia sobre el espín de los electrones», concluyó Wittmann. Este avance mejora la comprensión de la espintrónica y podría allanar el camino a aplicaciones innovadoras en computación cuántica y almacenamiento de datos».
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