Nanotubo de carbono controla spin de elétrons

Esta é uma matéria bastante interessante para quem irá pegar a disciplina Química Inorgânica Básica, principalmente quando relacionar o conteúdo dado em sala sobre o Grupo do Carbono, e para quem for pegar Química Geral, pois também poderá relacionar o conteúdo de números quânticos ao que segue abaixo:

Por: Redação do Site Inovação Tecnológica

Spintrônica

Uma nova descoberta científica poderá ter implicações profundas para os componentes da nanoeletrônica, sobretudo no campo da spintrônica.

Pesquisadores da Dinamarca e Japão, trabalhando conjuntamente, mostraram como os elétrons apresentam uma interação única entre o seu movimento e seu campo magnético associado - o chamado spin - quando estão sobre um nanotubo de carbono.

A descoberta abre caminho para um controle sem precedentes sobre o spin dos elétrons e pode ter um grande impacto sobre a nanoeletrônica baseada no spin - e não baseada apenas na carga dos elétrons, o que é a base da atual eletrônica.

Giro no nanotubo

Além de uma carga, todos os elétrons têm um campo magnético associado - o chamado spin. Pode-se pensar no spin como se cada elétron carregasse consigo uma minúscula barra magnética.

Como aponta para um lado ou para o outro, o spin pode ser usado como um bit, guardando 0 ou 1.

O problema é que medir e controlar o spin é algo bastante difícil.

Nas camadas planas de grafite, ou mesmo no grafeno, o movimento dos elétrons não afeta o spin, e a pequena barra magnética aponta em direções aleatórias. Como resultado, o grafite não era um candidato óbvio para a fabricação de componentes spintrônicos.

"Entretanto, nossos resultados mostram que, se a camada de grafite for curvada em um tubo com um diâmetro de apenas alguns nanômetros, o spin dos elétrons individuais é fortemente influenciado pelo movimento dos elétrons. Quando os elétrons sobre o nanotubo são forçados a se mover em círculos ao redor do tubo, o resultado é que todos os spins passam a apontar na direção do tubo," explicam Thomas Sand Jespersen e Kasper Grove-Rasmussen, do Instituto Niels Bohr.

Componentes realísticos

Os cientistas acreditavam que este fenômeno só poderia ocorrer em casos especiais de um único elétron em um nanotubo de carbono perfeito, flutuando livremente no vácuo - uma situação que é muito difícil de criar na prática.

Agora, os resultados mostram que o alinhamento ocorre de forma geral, com quantidades arbitrárias de elétrons, em nanotubos de carbono com defeitos e impurezas - o que é muito importante quando a preocupação é caminhar rumo a componentes realísticos.

A interação entre o movimento e o spin foi medida transmitindo uma corrente através do nanotubo, onde o número de elétrons pode ser controlado individualmente.

Os pesquisadores explicam que o experimento demonstra também como se pode controlar a intensidade do efeito ou mesmo desligá-lo totalmente, apenas escolhendo o número certo de elétrons. Isso abre um leque de novas possibilidades para o controle do spin e para sua aplicação prática.

O efeito ocorre de forma geral, em nanotubos de carbono com defeitos e impurezas - o que é muito importante quando a preocupação é caminhar rumo a componentes realísticos.[Imagem: Jespersen et al.]

Bibliografia:

Gate-dependent spin-orbit coupling in multielectron carbon nanotubes
T. S. Jespersen, K. Grove-Rasmussen, J. Paaske, K. Muraki, T. Fujisawa, J. Nygård, K. Flensberg
Nature Physics
23 January 2011
Vol.: Published online
DOI: 10.1038/NPHYS1880