Eltron troca dados com luz a temperatura ambiente

Eletrnica

Redação do Site Inovação Tecnológica – 12/04/2021

Opto-spintrnica

Pesquisadores da Finlndia, Japo e Sucia construram um componente semicondutor no qual as informaes podem ser trocadas de forma eficiente entre o spin de um nico eltron e a luz.

E tudo a temperatura ambiente.

Isto nada menos do que o item nmero um da lista de desejos de todas as equipes que trabalham com a spintrnica, a tecnologia na qual o momento magntico (spin) de cada eltron usado para armazenar, processar e transferir informaes nos computadores e demais aparelhos eletrnicos – veja mais detalhes sobre a spintrnica na ltima parte deste artigo.

Alm disso, eltrons individuais cujo spin pode ser controlado precisamente so qubits perfeitos para os computadores qunticos.

“Uma vantagem importante da spintrnica baseada em semicondutores a possibilidade de converter a informao representada pelo estado do spin e transferi-la para a luz e vice-versa. A tecnologia conhecida como opto-spintrnica. Ela poder possibilitar a integrao do processamento e armazenamento de informaes baseados em spin com a transferncia de informaes atravs da luz,” explicou o professor Weimin Chen, da Universidade de Linkoping, na Sucia.

Eltron conversa com luz

O novo componente spintrnico consiste em uma nanoestrutura que os pesquisadores construram a partir de camadas de diferentes materiais semicondutores. Ele contm regies em nanoescala chamadas pontos qunticos.

Quando um eltron cai em um ponto quntico, ele emite luz – para ser mais preciso, ele emite um nico fton com um estado (momento angular) determinado pelo spin do eltron. por isso que os pontos qunticos so considerados como uma interface para transferir informaes entre o spin do eltron e a luz, como ser necessrio na spintrnica, na fotnica e na computao quntica.

Agora, pela primeira vez, os pesquisadores conseguiram usar um ponto quntico, que funciona como filtro, para controlar remotamente o spin do eltron dos pontos qunticos vizinhos. E tudo em temperatura ambiente – na verdade, a informao guardada no eltron permaneceu intacta mesmo at 110 C.

Os pontos qunticos so feitos com uma camada de arseneto de ndio (InAs) e outra de arseneto de glio (GaAs), separadas por uma camada de arseneto de nitrognio e glio (GaNAs), que funciona como filtro. Componentes semelhantes j esto sendo usados na tecnologia optoeletrnica, de forma que os pesquisadores acreditam que isso pode facilitar a integrao da spintrnica com componentes eletrnicos e fotnicos existentes.

“At agora, tivemos um bom nvel de sucesso ao usar esses materiais para dispositivos optoeletrnicos, mais recentemente em clulas solares de alta eficincia e diodos laser. Agora estamos ansiosos para continuar este trabalho e unir fotnica e spintrnica, usando uma plataforma comum para tecnologia quntica baseada em luz e spin,” disse o professor Mircea Guina, da Universidade de Tampere, na Finlndia.

A coisa no muito simples, mas tudo funciona em semicondutores conhecidos e largamente utilizados.
[Imagem: Yuqing Huang et al. – 10.1038/s41566-021-00786-y]

O que spintrnica

Spintrnica uma tecnologia que usa a carga e o spin dos eltrons para processar e transportar informaes.

O spin de um eltron pode ser imaginado como emergindo quando o eltron gira no sentido horrio ou anti-horrio em torno do seu eixo, s que as duas direes de rotao so chamadas de “para cima” e “para baixo”.

Na tecnologia eletrnica usada hoje, a carga do eltron – mais especificamente uma corrente com um nmero incontvel de eltrons – usada para representar 0 (quando no h corrente) e 1 (quando h corrente) e, dessa forma, transportar informaes. De forma correspondente, as informaes podem ser representadas em spintrnica usando o estado de spin de eltrons individuais, sem a corrente eltrica que causa dissipao e aquece os circuitos.

Como vive no mundo sob as regras da fsica quntica, um eltron pode possuir ambas as direes de spin ao mesmo tempo, em fenmeno conhecido como superposio. Estar nesse estado, que uma mistura de 1 e 0, a chave para a computao quntica.

A spintrnica , portanto, promissora para o desenvolvimento de computadores qunticos, podendo ser entendida como uma ponte entre a computao eletrnica e a computao quntica.

A mais recente opto-spintrnica envolve a transferncia de informaes representadas pelo spin dos eltrons para a luz e vice-versa. A luz – os ftons – podem transportar a informao adiante por meio de fibras pticas, muito rapidamente, por longas distncias e sem aquecimento.

O estado de spin do eltron determina as propriedades da luz ou, para ser mais preciso, ele determina se o campo eletromagntico da luz ir girar no sentido horrio ou anti-horrio em torno da direo em que viaja, mais ou menos da mesma forma que um saca-rolhas pode ter uma direo de giro no sentido horrio ou anti-horrio. Assim, essa polarizao da luz carrega o dado guardado no spin do eltron.

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