O que é spintrônica?

Este post trará uma introdução a spintrônica. Enquanto que a eletrônica manipula o movimento dos elétrons, a spintrônica é o campo da engenharia que manipula o movimento e os spins dos elétrons. O spin do elétron pode assumir dois valores: spin-up (sentido anti-horário) e spin-down (sentido horário).

Por quê spintrônica?

A spintrônica tem algumas vantagens sobre a eletrônica como:

• Não há necessidade de corrente elétrica para reter o spin, memória pode ser armazenada sem energia;
• Para controlar o spin é necessário menos energia do que para controlar fluxo de corrente, portanto, o consumo de potência é reduzido;
• Redução significativa da emissão de calor;
• Maior velocidade de processamento com processadores magnéticos reprogramáveis;
• Extensão da Lei de Moore com componentes menores.

Qubits

Os qubits são a unidade de informação na spintrônica, são a abreviatura de “bits quânticos”. Neste campo os qubits representam o sentido de rotação do spin.

Não é possível determinar o valor exato de um qubit pois o spin é uma propriedade quântica, portanto esta sujeito ao Princípio da Incerteza de Heisenberg. Qubit é uma superposição de bits, ou seja, pode ter os dois valores com probabilidades diferentes.

Magnetoresistência gigante (GMR)

Uma das aplicações da spintrônica utiliza o efeito da magnetoresistência gigante. Consiste em duas camadas finas ferromagnéticas separadas por uma camada fina paramagnética, as camadas são submetidas a uma corrente elétrica.

Os elétrons passam pelas camadas, quando o sentido do spin do elétron é paralelo ao campo magnético há baixa resistência, porem quando o sentido do spin é oposto ao campo magnético da camada o elétron é espalhado e a resistência da camada é alta. A GMR é utilizada em disco rígidos para leitura de dados.

O sensor GMR de spin é chamado de válvula de spin, que também possui uma camada de material antiferromagnético.

Modelo para GMR:

Magnetoresistência de túnel (TMR)

Agora temos duas camadas ferromagnéticas separadas por uma camada muito fina de isolante. A resistência elétrica perpendicular às camadas depende da orientação dos campos das camadas ferromagnéticas. Elétrons que tem spin no sentido oposto do campo da camada não serão tunelados, ou seja, não passarão pela camada. Quanto mais alinhado com o campo da camada, maior a probabilidade de tunelamento.

Filtros de spin

É possível construir um filtro de spin com apenas uma camada ferromagnética com um campo magnético, dessa forma, elétrons com spin paralelo ou próximo de paralelo terão maior probabilidade de passar pela camada que outros elétrons com spin diferentes.