DOI: 10.1038/s41467-023-42287-2
Credibilidade: 999
#Spin
Um novo estudo publicado na Nature Communications investiga a manipulação de transições de spin em escala atômica usando uma voltagem externa, lançando luz sobre a implementação prática do controle de spin em nanoescala para aplicações de computação quântica.
As transições de spin na escala atômica envolvem mudanças na orientação do momento angular intrínseco ou spin de um átomo. No contexto atômico, as transições de spin estão normalmente associadas ao comportamento dos elétrons.
Neste estudo, os pesquisadores se concentraram no uso de campos elétricos para controlar as transições de spin. A base de sua pesquisa foi fortuita e movida pela curiosidade.
Christian Ast, autor principal do Instituto Max-Planck de Pesquisa do Estado Sólido, explicou ao Phys.org: “Nossa inspiração surgiu da pura curiosidade. Desenvolvemos nossa máquina e método experimental pouco antes de iniciar este projeto.”
“Enquanto caracterizávamos nosso novo experimento, observamos algo estranho. Descobrimos que nosso sinal muda dependendo da tensão de polarização que aplicamos em nossa junção. O projeto e as pesquisas seguintes cresceram a partir dessa observação.”
Spins de elétrons e transições de spin
Os elétrons possuem spin intrínseco, que pode ser “para cima” ou “para baixo”. Esses estados de spin são frequentemente representados por números quânticos, como +1/2 para “para cima” e -1/2 para “para baixo”. Quando os elétrons transitam entre esses estados de spin, isso pode resultar em vários efeitos observáveis.
A manipulação desses spins é fundamental para a computação quântica, onde os spins dos elétrons são usados como qubits, e para a spintrônica, que aprimora o processamento e armazenamento de dados. Também impacta a ciência dos materiais e a física fundamental, proporcionando avanços tecnológicos e científicos.
Neste estudo, a configuração experimental foi crucial para manipular os spins. No centro do aparelho estava um microscópio de tunelamento por ressonância de spin eletrônico (ESR-STM). ESR-STM é um sistema híbrido que integra perfeitamente duas técnicas poderosas: ESR e STM. Com esta configuração inovadora, átomos e moléculas individuais foram depositados com precisão na superfície da amostra, oferecendo uma janela única para o mundo atômico.
Dr. Ast explicou: “ESR-STM combina as capacidades de ESR e STM, permitindo-nos resolver átomos e moléculas individuais em uma varredura topográfica e sondá-los com uma corrente elétrica.”
Tensão de polarização e campo elétrico induzido
Para a amostra, os pesquisadores optaram por estudar moléculas únicas de hidreto de titânio (TiH). O cerne do experimento baseou-se na aplicação estratégica de uma tensão de polarização entre a amostra e a ponta do STM.
A aplicação desta tensão de polarização induziu um campo elétrico potente dentro da junção do túnel, uma lacuna estreita formada entre a ponta e a amostra, por onde os elétrons podem passar.
Os pesquisadores notaram que o campo elétrico induzido afetou a posição da molécula de TiH, modificando posteriormente o fator g. O fator g, ou fator g de Landé, representa a proporcionalidade entre o momento angular intrínseco de um elétron, ou spin, e seu momento magnético, fornecendo insights sobre seu comportamento em um campo magnético.
Além disso, eles notaram que o campo elétrico induzido resultou na interação da molécula de TiH com um campo magnético único, induzido pelo spin polarizado da ponta do STM.
Em essência, a tensão de polarização emergiu como uma ferramenta potente para manipular transições de spin.
Publicado em 29/10/2023 12h49
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