Os transistores são dispositivos eletrônicos que controlam a passagem de corrente elétrica por meio de um interruptor que define os zeros e uns das operações lógicas essenciais para o funcionamento dos computadores. Espera-se que os atuais transistores eletrônicos sejam superados por uma tecnologia mais eficiente, a dos transistores spintrônicos. Seus interruptores funcionariam mudando a direção do spin dos elétrons, uma operação que custaria muito menos energia. Em um artigo publicado dia 25 de janeiro na Physical Review Letters, os físicos Carlos Mera Acosta e Adalberto Fazzio mostram como seria possível construir um transistor spintrônico a partir de uma nova classe de materiais recém-descoberta, os isolantes topológicos duais.
Como Fazzio explica no vídeo abaixo, os isolantes topológicos são materiais semicondutores cujas superfícies se comportam como metais com uma propriedade muito especial: os elétrons de correntes elétricas percorrendo a superfície de um isolante topológico são protegidos contra espalhamento, isto é, têm sua energia, momento e spin preservados. Isso torna os isolantes topológicos materiais ideais para a spintrônica.
Em geral, a origem da proteção contra espalhamento nos isolantes topológicos é uma propriedade das equações que determinam o comportamento dos elétrons nesses materiais chamada de simetria de reversão temporal. Recentemente porém, pesquisadores descobriram isolantes topológicos que, além da simetria de reversão temporal, possuem outras simetrias que atuam na proteção contra espalhamento, por exemplo, a simetria de espelho com relação a um certo plano. “Pensamos em usar um campo elétrico externo para quebrar a simetria de espelho que protege e obriga os elétrons a manterem uma direção específica de spin, induzindo então direções de spin diferentes”, explica Acosta. “Isso significa que teríamos um sistema com direções de spin diferentes marcando “zero” ou “um”, mas mantendo a proteção topológica.”
Esse estudo teórico se iniciou durante o recém-concluído doutorado de Acosta na Universidade de São Paulo (USP) e continua com Fazzio e Acosta trabalhando como pesquisadores no Laboratório Nacional de Nanotecnologia do Centro Nacional de Pesquisas em Energia e Materiais (CNPEM), em Campinas, São Paulo, com apoio da FAPESP.
Artigo científico
Spin-Polarization Control Driven by a Rashba-Type Effect Breaking the Mirror Symmetry in Two-Dimensional Dual Topological Insulators
Carlos Mera Acosta e Adalberto Fazzio
Physical Review Letters 122, 036401 (2019)
ArXiv:1811.11014
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