Nanoestructuras híbridas novedosas para la computación cuántica

Unos novedosos dispositivos nanoelectrónicos que aprovechan el espín de los electrones —en lugar de su carga— constituyen la base de la espintrónica. Es importante comprender el transporte de espín en las nanoestructuras híbridas de cara a desarrollar dispositivos que constituyan los bloques básicos de construcción en la computación cuántica.

Economía digital

Dentro de las labores del proyecto COSPINNANO (Coherent spin manipulation in hybrid nanostructures), un equipo de investigadores fabricó nanoestructuras híbridas para sondear los diversos procesos que rigen la dinámica del espín en dichos sistemas. Se estudiaron dos métodos ascendentes y descendentes para la nanofabricación: la litografía por haz de electrones y el autoensamblaje atómico, respectivamente. La primera actividad consistió en preparar uniones a escala nanométrica adecuadas a las tecnologías innovadoras, como las memresistencias, que permiten producir memorias no volátiles compactas. Los investigadores lograron controlar satisfactoriamente la conmutación resistiva en dispositivos memresistivos a base de Ag2S y demostraron la conmutación a alta velocidad bajo condiciones de temperatura ambiente. Mediante la espectroscopia por reflexiones de Andreev en contactos puntuales, estudiaron la naturaleza del transporte electrónico en el volumen activo de uniones memresistivas. Este estudio puso al descubierto que los estados ON (activo) y OFF (inactivo) corresponden a canales metálicos de elevada transparencia, realmente a escala nanométrica. Otra área en la que también se centraron los trabajos fue cortar nanocintas de grafeno y depositar nanocircuitos sobre las mismas. Los nanocircuitos híbridos a base de carbono y un semiconductor requieren cables de conexión de alta conductividad que sean compatibles con bornes metálicos, superconductores o ferromagnéticos. Los investigadores observaron valores elevados de tasas de transporte electrónico en las nanocintas de grafeno fabricadas. Se fabricaron nanocintas de grafeno con tal propósito y se probaron en un amplio rango de temperaturas, de 1 a 300 K. Este hallazgo demostró que dichas estructuras de grafeno se pueden utilizar satisfactoriamente como bloques básicos de construcción de nanodispositivos multifuncionales. Las actividades experimentales también comprendieron mediciones de espín en contactos puntuales cuánticos implantados en sistemas semiconductores de dimensiones reducidas (heteroestructuras de arseniuro de galio/arseniuro de galio y aluminio). Este trabajo contribuyó a alcanzar una mayor comprensión de la influencia del potencial de confinamiento sobre la orientación del espín en las sub-bandas electrónicas unidimensionales adyacentes. Además, el equipo estudió el origen de las anomalías en la conductancia de dichos contactos puntuales cuánticos. Estas nanoestructuras híbridas novedosas ofrecen la oportunidad de estudiar la dinámica de las cargas y los espines electrónicos en dispositivos multifuncionales. Estos incluyen dispositivos de conmutación rápida, dispositivos lógicos y de almacenamiento combinados y cubits de espín semiconductores basados en puntos cuánticos. Los resultados del proyecto también facilitan la definición de un método de manipulación del espín en electrones individuales; un reto tecnológico abrumador que no obstante conducirá a nuevos paradigmas en el procesamiento de datos cuánticos.