Los investigadores entienden que el efecto “Hall de spin” está vinculado a la llamada interacción spin-órbita entre el espín de un electrón y su movimiento físico. Los experimentos anteriores han demostrado el efecto cuando los electrones se mueven a través de un material en forma de un caótico pinball, sacudido por frecuentes colisiones.Cuando los electrones rebotan en los obstáculos, su espin les da un tirón adicional a la derecha o a la izquierda – dependiéndo de su sentido de giro –en la misma medida del giro que obtienen las bolas de billar cuando chocan con obstáculos.
Hace ocho años, sin embargo, los teóricos sugirieron que los detalles sutiles de la interacción spin-órbita podrían provocar una similar deriva hacia los lados, incluso en los materiales a través de los cuales los electrones se deslizan libremente, sin dispersión.Para buscar este "intrínseco" efecto Hall del espín, Hui Zhao y sus colegas en la Universidad de Kansas en Lawrence trataron de tomar una instantánea del flujo de electrones en un plazo tan corto que no pudiera haber dispersión.
El equipo experimentó en las corrientes de electrones que se inyectan en una muestra de arseniuro de galio. Ellos primero utilizaron láseres para crear dos corrientes iguales de electrones que viajaban en direcciones opuestas, una corriente teniéndo espines en sentido horario (spin hacia abajo), la otra con espines antihorario (spin hacia arriba). En conjunto, estas dos corrientes crearon una corriente de spin pura - un flujo neto de spin, o momento angular, pero sin corriente neta de carga eléctrica.
electrones con spin (hacia arriba) viajando hacia el este cancelan la corriente de carga de electrones con (spin hacia abajo) viajando hacia el oeste (linea punteada),dejándo únicamente una corriente de spin(flecha azul).Ambas corrientes curvean hacia el norte debido al efecto Hall del spin y generan una corriente eléctrica hacia los lados.Nuevos experimentos muestran que este efecto ocurre "intrínsicamente" en la ausencia de dispersión.Crédito.H. Zhao/Univ. of Kansas.
Esta corriente de spin pura debería crear una pequeña carga de corriente en la dirección hacia los lados (el a veces llamado efecto "inverso" Hall de espín) ya que las dos componentes de corriente se curvean en la misma dirección. Por ejemplo, si las corrientes hacia el este y hacia el oeste, ambas curvean hacia el norte un poco, se genera un movimiento pequeño de electrones hacia el norte. Para buscar este efecto, el equipo utilizó un segundo láser para visualizar el cambio de carga hacia los lados. Encontraron un movimiento hacia los lados de aproximadamente 0,1 nanómetros que se hizo evidente en un tiempo de tan sólo 0,1 picosegundos.
Para comprobar si el efecto Hall de spin fue causado por la dispersión de electrones, los investigadores midieron la rapidez con la cuál la corriente de espín inicial desapareció debido a la dispersión de electrones y se encontró un tiempo de aproximadamente 0,45 picosegundos. Puesto que la corriente hacia los lados apareció mucho antes de que muchos eventos de dispersión pudieran haber tenido lugar, llegaron a la conclusión,que la corriente no podría haber sido causada por la dispersión.
"Creo que es la primera medición directa del efecto inverso Hall del spin sobre tiempos más cortos que el tiempo de dispersión", dice Allan MacDonald de la Universidad de Texas en Austin. Dice que el mayor impacto de esta obra en última instancia, puede estar en la comprensión del comportamiento del electrón sobre largos tiempos en dispositivos más grandes.
Zhao dice que un electrón en un semiconductor se mueve entre 10 y 100 nanómetros entre dos colisiones posteriores. Los dispositivos de circuitos integrados de hoy tienen unas dimensiones de alrededor de 50 nanómetros, pronto acercándose a 20 nanómetros, por lo que los electrones experimentarán muy pocas colisiones en los dispositivos de próxima generación. "El efecto Hall de spin sobre la base de la dispersión no va a funcionar", dice Zhao. "Pero el efecto intrínseco puede proporcionar una técnica para generar y detectar las corrientes de spin, incluso en los dispositivos más pequeños."
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fuente de la información:
http://focus.aps.org/story/v27/st8#author
