Electrónica
13 de Septiembre de 2010.
Pero al margen de su masa y carga eléctrica, el electrón cuenta con otra característica y, ésta es, que gira constantemente, fenómeno conocido como el «espín del electrón».
La espintrónica, que es como se llama a este nuevo campo tecnológico del uso del espín de los electrones, constituye una alternativa a la microelectrónica tradicional. Recurriendo a la espintrónica, es teóricamente posible almacenar más datos en menos espacio, procesarlos con más rapidez y consumir menos energía.
No obstante, los científicos ya saben desde hace mucho tiempo que los electrones pueden polarizarse para adquirir orientaciones en direcciones particulares, como un imán de barra. Se refieren a esta orientación como el espín. Y se trabaja con dos posiciones, el “espín hacia arriba” y el “espín hacia abajo”, mediante las cuales es posible almacenar datos. Se prevé que la electrónica de esa clase, o sea la espintrónica, permitirá a los ordenadores almacenar y transferir con suficiente fiabilidad y eficacia el doble de datos por cada electrón.
Sin embargo, esta mayor densidad de información es sólo una de las ventajas potenciales de la espintrónica. Aunque ésta a menudo es vista tan sólo como una forma de manejar más información con cada electrón, en realidad constituye la base de la próxima generación de la electrónica. Usando la espintrónica, es posible resolver muchos de los problemas que afrontan los computadores actuales.
La placa madre típica de un ordenador actual utiliza mucha energía. Los electrones que se mueven a través de ella generan calor, y se emplea mucha energía para enfriarla. Los fabricantes de chips están limitados a la hora de miniaturizar componentes, ya que no pueden concentrar en un espacio demasiado pequeño los circuitos si quieren evitar que el sobrecalentamiento alcance cotas inaceptables.
Cambiar el espín de un electrón requiere menos energía, y apenas produce calor. Eso significa que los dispositivos espintrónicos pueden ser energizados con menos electricidad, lo que permite también alimentarlos con baterías más pequeñas. Si se les fabrica de plástico, serán además flexibles y mucho más ligeros.
Descripción
Se postula la existencia de un momento angular intrínseco del electrón llamado espín S . Como el electrón es una partícula cargada, el espín del electrón debe dar lugar a un momento magnético µ intrínseco o de espín. La relación que existente entre el vector momento magnético y el espín es
donde g se denomina razón giromagnética del electrón, su valor experimental es aproximadamente 2.
 |
El número de orientaciones del vector momento angular respecto a un eje Z fijo es 2S+1, tenemos para el caso del espín S=1/2 que la componente Z tiene dos valores permitidos  . Por lo que mB se denomina magnetón de Bohr. |
Sabiendo que carga del electrón e=1.6·10-19 C, la masa m=9.1·10-31 kg y la constante de Planck 
La energía de un dipolo magnético µ en un campo magnético B que tiene la dirección del eje Z es el producto escalar
U=-µ·B=-µz·B=±µB·B
Si B es variable en la dirección Z, el dipolo magnético experimenta una fuerza
 |
que lo desviará de su trayectoria rectilínea. Si el dipolo magnético es paralelo al campo magnético, tiende a moverse en la dirección en la que el campo magnético aumenta, mientras que si el dipolo magnético es antiparalelo al campo magnético se moverá en la dirección en la que el campo magnético disminuye.
|
En el experimento se usa un haz de átomos hidrogenoides, como plata, litio, sodio, potasio y otros que constan de capas electrónicas completas salvo la última en la que tienen un electrón. El momento angular orbital l de dicho electrón es cero, por lo que está en el estado s.
Se selecciona un haz de átomos de una velocidad dada y se le hace atravesar una región en la que existe un campo magnético no homogéneo, tal como se muestra en la figura.
- Movimiento del átomo en la región en la que se ha establecido un gradiente de campo magnético
Suponiendo que el gradiente de campo magnético es constante, la aceleración a lo largo del eje Z es constante, a lo largo del eje X es cero. Tenemos unmovimiento curvilíneo bajo aceleración constante.
Si la región en la que hay un gradiente de campo magnético tiene una anchura L, la desviación que experimenta el haz, véase la figura, vale
- Movimiento del átomo fuera de dicha región
Cuando el átomo de masa m abandona la región en la que hay un gradiente de campo magnético, sigue una trayectoria rectilínea con velocidad igual a la que tenía al abandonar la citada región. Las componentes de la velocidad serán
La desviación total en la pantalla será
Midiendo d despejamos en dicha ecuación el valor mB del magnetón de Bohr.
Arthur J. Epstein y sus colegas crearon el prototipo de este dispositivo espintrónico pionero mediante el uso de técnicas de fabricación habitualmente utilizadas en la industria actual de los computadores
De momento, el dispositivo es poco más que una tira delgada de color azul oscuro. Sin embargo, pese a su fase tan primitiva de diseño, los investigadores ya han conseguido grabar datos y luego leerlos con éxito, controlando los espines de los electrones mediante un campo magnético.
Nanotubos de carbono, los electrones, pueder girar alrededor de ellos.
El material es un híbrido de semiconductor hecho de materiales orgánicos y de polímero magnético semiconductor de una clase especial. Como tal, es un puente entre los computadores actuales y las computadoras espintrónicas fabricadas enteramente con polímeros, que Epstein y sus colaboradores esperan hacer posibles en el futuro.
La electrónica normal codifica los datos de ordenador basándose en un código binario de ceros y unos. Dependiendo de si un electrón está presente o no en el punto de referencia, el valor es un "0" o un "1".
No hay comentarios:
Publicar un comentario