Spintronics y nanofotónicos combinados en material 2-D

Spintronics y nanofotónicos combinados en material 2-D

La espintrónica en materiales de solo unos pocos átomos de espesor es un campo emergente en el que el “giro” de los electrones se utiliza para procesar datos, en lugar de la carga. Desafortunadamente, el giro solo dura muy poco tiempo, lo que hace (hasta ahora) difícil de explotar en electrónica. Investigadores del Instituto Kavli de Nanociencia en TU Delft, en colaboración con el Instituto AMOLF de la Organización de Investigación Científica de los Países Bajos, ahora han encontrado la manera de convertir la información del espín en una señal de luz predecible a temperatura ambiente. El descubrimiento acerca los mundos de la espintrónica y la nanofotónica y podría conducir al desarrollo de una forma eficiente de energía de procesamiento de datos, por ejemplo, en centros de datos. Los investigadores dieron cuenta de sus resultados en Science.

La investigación giró en torno a una nanoconstrucción que consta de dos componentes: un hilo de plata extremadamente delgado y un material 2D llamado disulfuro de tungsteno. Los investigadores unieron el hilo de plata a una rebanada de disulfuro de tungsteno que mide solo cuatro átomos de espesor. Usando luz circularmente polarizada, crearon lo que se conoce como ‘excitones’ con una dirección de rotación específica. La dirección de ese giro podría iniciarse utilizando la dirección de rotación de la luz láser.

Estado original

Los excitones son en realidad electrones que han rebotado en su órbita. Con esta técnica, el rayo láser asegura que los electrones se lanzan a una órbita más amplia alrededor de un “orificio” cargado positivamente, de forma muy similar a un átomo de hidrógeno. Los excitones así creados quieren volver a su estado original. En su regreso a la órbita más pequeña, emiten un paquete de energía en forma de luz. Esta luz contiene la información de giro, pero emitió en todas las direcciones.

Para permitir que la información de giro se ponga en uso, los investigadores de Delft volvieron a un descubrimiento anterior. Habían demostrado que cuando la luz se mueve a lo largo de un nanoalambre, se acompaña de un campo electromagnético giratorio muy cerca del cable: gira en el sentido de las agujas del reloj en un lado del cable y en sentido antihorario en el otro lado. Cuando la luz se mueve en la dirección opuesta, las direcciones de giro también cambian. Por lo tanto, la dirección de rotación local del campo electromagnético se bloquea uno a uno en la dirección con la cual la luz viaja a lo largo del cable. “Usamos este fenómeno como un tipo de combinación de cerradura”, explica Kuipers. ‘Un excitón con una dirección de rotación particular solo puede emitir luz a lo largo del hilo si corresponden las dos direcciones de rotación’.

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