Construído transístor spintrônico semicondutor

Redação do Site Inovação Tecnológica - 24/12/2010

Embora o efeito Spin Hall venha sendo intensamente estudado nos últimos anos, gerá-lo no interior de um componente de estado sólido vinha se mostrando um desafio difícil de ser superado.
[Imagem: Wunderlich et al./Science]

Tecnologias spintrônicas

Efetivamente conectando dois fenômenos distintos no campo da spintrônica, cientistas criaram um novo componente semicondutor que lhes permite usar o efeito Spin Hall dentro de um transístor de spin.

O experimento representa um verdadeiro marco, o ponto culminante de mais de 20 anos de pesquisas na área - os transistores spintrônicos foram propostos em 1989 por Supriyo Datta e Biswajit Das.

Este é o primeiro transístor de efeito de campo (FET) spintrônico completo e realístico, capaz de operar em altas temperaturas, e que ainda incorpora uma porta lógica AND.

Transistores spintrônicos

Desde a invenção do transístor, há mais de 60 anos, este componente básico de toda a eletrônica e dos computadores funciona exatamente da mesma maneira: pela manipulação de correntes elétricas e detecção de cargas dentro de materiais semicondutores.

A tecnologia tem permitido encolher continuamente os transistores eletrônicos, mas isso só faz aproximá-los cada vez de seus limites físicos.

Os especialistas acreditam que está mais do que na hora de mudar para um novo princípio de funcionamento, em que os transistores não dependerão mais do fluxo contínuo de uma enxurrada de elétrons, como acontece na eletrônica atual.

Entram em cena os transistores spintrônicos, em que cada um lida apenas com a propriedade quântica do spin de um único elétron - veja mais na reportagem Cientistas preveem novo estado da matéria em semicondutores.

Spin em estado sólido

Os efeitos Spin Hall ocorrem quando uma corrente elétrica faz com que um grupo de elétrons com spins opostos mova-se lateralmente através da corrente.

Contudo, embora o efeito Spin Hall venha sendo intensamente estudado nos últimos anos, gerá-lo no interior de um componente de estado sólido vinha se mostrando um desafio difícil de ser superado.

Foi o que fizeram Jörg Wunderlich e seus colegas de uma equipe que reúne cientistas checos, norte-americanos e ingleses.

Até agora, toda a pesquisa em torno dos efeitos Spin Hall vinha se mantendo separada dos chamados transistores de spin, deixando o campo da spintrônica como uma área dividida - veja também Spintrônica totalmente elétrica é demonstrada pela primeira vez.

O transístor spintrônico também representa a realização de um polarímetro controlável de estado sólido, capaz de converter a polarização da luz em sinais elétricos.
[Imagem: Wunderlich et al./Science]

Agora, em um artigo publicado na revista Science, os pesquisadores descreveram o seu componente não-magnético que injeta opticamente uma corrente de spin dentro de um transístor.

"Nós combinamos as duas rotas construindo um transístor de efeito Hall inteiramente semicondutor. O dispositivo utiliza o transporte difuso e funciona sem corrente elétrica na parte ativa do transístor. Nós demonstramos o spin e uma lógica em um canal semicondutor com duas portas," afirmam eles.

Transístor de spin

Para observar a manipulação elétrica e a detecção dos spins, a equipe construiu um fotodiodo planar - normalmente se usam fontes de luz polarizadas circularmente - colocado ao lado do canal do transístor.

Ao iluminar o diodo, eles injetaram elétrons foto-excitados no canal do transistor - normalmente se injetam elétrons polarizados pelo spin. A aplicação de tensão sobre os eletrodos da porta de entrada permite controlar os spins por meio dos efeitos Spin Hall.

São também esses efeitos os responsáveis pelo surgimento de tensões elétricas transversais no dispositivo, que representam o sinal de saída, dependentes da orientação local dos spins dos elétrons no canal do transístor.

Amplificador de spin

O componente representa um novo tipo de transístor de spin, que poderá ser usado para explorar o efeito Spin Hall e outros fenômenos em uma nova geração de dispositivos mais rápidos e com consumo de energia infinitamente menor do que os atuais.

"Nosso estudo mostra a utilidade do efeito spin Hall em um dispositivo microeletrônico, demonstra o transístor de spin com detecção elétrica diretamente ao longo do canal semicondutor, e fornece uma ferramenta experimental para explorar o efeito spin Hall e os fenômenos de precessão do spin em uma camada semicondutora eletricamente ajustável," concluem eles.

O transístor spintrônico também representa a realização de um polarímetro controlável de estado sólido, capaz de converter a polarização da luz em sinais elétricos.

O próximo passo rumo ao uso prático dos transistores spintrônicos é a construção de um amplificador de spin - os transistores eletrônicos são capazes de amplificar as correntes elétricas.

Mais tópicos