Nuevas interacciones de espines electrónicos y espintrónica
La física de muchos cuerpos da la base para entender y describir los comportamientos emergentes de sistemas de muchas partículas interactuantes. Dichos comportamientos con frecuencia son más complejos que las propiedades de las partículas individuales; en otras palabras, el todo es más que la suma de las partes. Entre las partículas estudiadas se encuentra el electrón. La electrónica convencional se basa en la corriente transportada por el movimiento de carga (los electrones cargados) y hasta hoy ha ignorado completamente el espín de cada electrón. En los circuitos convencionales, estos espines están distribuidos aleatoriamente. Sin embargo, la capacidad de controlar los espines —por ejemplo para alinearlos o polarizarlos a través de interacciones de varios cuerpos— podría servir para desarrollar asombrosos dispositivos nuevos. La interacción espín-órbita (IEO) es la relación entre el estado de espín de un electrón y su momento angular orbital (el momento asociado con su traslación alrededor del núcleo). Este fenómeno es la base de la espintrónica, conocida también como electrónica de espines o magnetoelectrónica, disciplina que sienta los cimientos teóricos de los dispositivos cuánticos. Investigadores europeos financiados a través del proyecto Spinmanybodyseminano («Fenómenos de espín e interacción de muchos cuerpos en nanoestructuras semiconductoras») se propusieron estudiar y resolver varios problemas relacionados con IEO originadas por el efecto conjunto de dos tipos de IEO (IEO de Bychkov-Rashba e IEO de Dresselhaus) en un sistema electrónico de dos dimensiones (SE2D). Los científicos dedujeron una fórmula exacta para una función específica de polarización que presentó singularidades (puntos que exhiben comportamientos irregulares) que conducen a oscilaciones de Friedel, extraños patrones de ondulación de distribuciones positivas y negativas de carga alrededor de una carga estacionaria. Además, los investigadores presentaron una solución exacta al problema de los estados de borde de espín y mostraron nuevos modos que pueden afinarse con la aplicación de campos eléctricos y magnéticos, proporcionando así una herramienta efectiva para controlar el movimiento de espines en dispositivos espintrónicos. Los investigadores también predijeron un nuevo tipo de IEO en semiconductores de doble capa: el arrastre Hall de espín (AHE), asociado con la acumulación de espín a lo largo de una capa inducida por el fluir de corriente eléctrica a través de la otra. La labor restante del proyecto con seguridad esclarecerá más fenómenos novedosos relacionados con las IEO que podrían aplicarse directamente al desarrollo de dispositivos espintrónicos innovadores.
