Uma maneira de gerar e de controlar as correntes de spin sem campos magnéticos ou materiais magnéticos, pode ser possível usando as catracas quânticas dissipativas, na presença do acoplamento spin-órbita.
Os dispositivos eletrônicos com comportamento não linear – nos quais a corrente elétrica não é diretamente proporcional a voltagem elétrica, segundo a relação de Ohm – são muito importantes na eletrônica moderna.
O mais comum e simples desses dispositivos é a junção p-n – na qual a separação espacial de cargas elétricas positivas (região p) e negativas (região n) cria uma diferença de energia elétrica de tal modo que permite intensa corrente elétrica no sentido p do circuito, mas controla o fluxo de cargas elétricas no sentido n oposto.
Esse comportamento – chamado de retificador – permite a ampla aplicação da junção p-n na produção de sinais elétricos, inclusive na conversão de corrente alternada em corrente contínua.
Em escala nanométrica, semelhantes comportamentos de transporte assimétrico de elétrons ou outras partículas podem ser produzidos com as ‘catracas quânticas‘, na quais os potenciais periódicos assimétricos facilitam o movimento em certo sentido, mas dificultam no sentido oposto (veja Fig. 1a).
Quando um elétron se move, transporta consigo não só a carga elétrica como também o spin, ou seja, um momentum angular intrínseco.
Ultimamente, considerável atenção tem sido focada sobre o campo da eletrônica do transporte de spin, ou “spintrônica“, que tenta desenvolver novas funcionalidades para dispositivos eletrônicos, centrando-se na corrente produzida pelo movimento organizado de spins, e não só da corrente produzida pelo movimento organizado das cargas elétricas.
Um avanço potencialmente importante para o uso prático desses dispositivos está apresentado no trabalho de Sergey Smirnov e colaboradores que prevê uma retificação híbrida, na qual uma corrente elétrica alternada produz uma corrente contínua de spin em uma catraca de spin não magnética e na ausência de campos magnéticos.
Gerar corrente de spin com corrente de carga elétrica em material magnético já é um processo totalmente dominado.
Uma corrente elétrica inicialmente não polarizada ao atravessar um material magnético, será transformada – através de mútuos processos de espalhamento (spin-flip) – em uma corrente com spin polarizado.
Em um dispositivo conhecido como o diodo de spin, uma corrente de spin contínua também pode ser produzida utilizando uma corrente elétrica alternada.
Nesse dispositivo, uma parede de domínio magnético separa duas regiões com magnetizações opostas, de tal modo que o potencial que atua sobre os portadores com spin para cima (spin-up) é oposto àquele que atua sobre os portadores com spin para baixo (spin-down).
Assim, em um diodo de spin, apesar da corrente de carga alternar em resposta a uma voltagem alternada aplicada, a corrente de spin é retificada.
Também é possível construir um dispositivo tipo catraca híbrido se de algum modo puderem ser gerados dois potenciais tipo catraca independentes para os dois sentidos da corrente de spin: spin para cima sendo transportado em sentido oposto ao spin para baixo (ver fig. 1b).
Isso poderia ser feito com material de engenharia utilizando materiais magnéticos, ou alternativamente, através da aplicação de campo magnético não homogêneo em um semicondutor não magnético.
Mas, ainda assim, tendo em vista as implementações práticas, um dispositivo que funciona sem quaisquer materiais magnéticos ou campos magnéticos é muito atraente.
OBS: Trabalho publicado por Smirnov, S., Bercioux, D., Grifoni, M. e Richter, K., Phys. Rev. Lett. 100, 230601 (2008).
