Projetos em Andamento


Nanoestruturas semicondutoras para aplicações na spintrônica

Desde a invenção do transistor, toda a eletrônica baseada em dispositivos semicondutores repousa na utilizaçãoo das propriedades da carga do elétron. Atualmente, um grande esforço tem sido feito com o intuito de desenvolver novos dispositivos que explorem não só a carga, mas também as propriedades do spin do elétron (spintrônica). Espera-se que dispositivos baseados na spintrônica proporcionem um grande avanço no desenvolvimento de interruptores eletro-ópticos, sensores de campo magnético ultra-sensíveis, e particularmente, dispositivos lógicos e memória para computação quântica de alta velocidade [1-6]. Estes avanços significam processamentos mais velozes, com menor consumo de energia, não-volatilidade, aumento da densidade de integração, se comparamos com os dispositivos semicondutores convencionais, e possivelmente o desenvolvimento de computadores quânticos [7,8]. O maior desafio para a produção de dispositivos baseados na spintrônica está na dificuldade de se integrar materiais semicondutores com materiais magnéticos (essencialmente metais ferromagnéticos). Normalmente, a interface entre esses materiais apresenta problemas devido à diferença de estrutura cristalina dos componentes, ligações químicas, e propriedades físicas e químicas dos materiais [9]. Assim, o desenvolvimento da spintrônica de semicondutores passa pelo desenvolvimento de materiais ferromagnéticos onde o grau de liberdade de spin possa ser usado.

Além do desenvolvimento de novos materiais, a implantação desta tecnologia ainda necessita que muitos problemas técnicos, relacionados com a utilização de portadores com spin bem definido sejam resolvidos. Para que um dispositivo funcione é preciso eficiência na injeção, no transporte, no controle, na manipulação, e na detecção de correntes polarizadas [7], ou seja, correntes em que os portadores estejam em um mesmo estado quântico de spin. Estas técnicas encontram-se ainda em processo de pesquisa. A injeção de correntes polarizadas para o controle do estado de spin dos portadores nos semicondutores mais usuais (Si, GaAs, CdTe, GaN, PbTe) é possível, mas de difícil utilização em dispositivos, já; que para se obter uma diferença de energia útil entre os dois estados de spin nesses semicondutores, é necessário a utilização de campos magnéticos muito intensos (≥ 10 T). Como em um dispositivo comercial a utilização de um campo magnético externo é indesejável, recorre-se então à utilização de um campo magnético "efetivo" interno ao semicondutor. Esse campo efetivo pode ser obtido nos semicondutores magnéticos diluídos (SMD) através da interação entre o spin dos elétrons de condução e os momentos magnéticos dos íons localizados (por exemplo os íons magnéticos Mn2+ nos compostos II-VI CdMnTe) ou, nos semicondutores de gap estreito, através do forte acoplamento spin-órbita que quebra a degenerescência dos estados de spin mesmo a campo magnético nulo. A construção de dispositivos baseados nesses semicondutores torna indispensável a compreensão das interações fundamentais entre o spin eletrônico e sua vizinhança.

Linhas de pesquisa


  1. G. Prinz and K. Hathaway, Phys. Today 48, 24 (1995).
  2. D. DiVincenzo, Science 270, 255 (1995).
  3. G. Prinz, Science 282, 1660 (1998).
  4. D. Deutsch, Proc. R. Soc. London, Ser. A 400, 97 (1985).
  5. B. T. Jonker, Y. D. Park, B. R. Bennett, H. D. Cheong. G. Kioseoglou, and A. Petrou, Phys. Rev. B 62, 8180 (2000).
  6. D. D. Awschalom and R. K. Kawakami, Nature 408, 923 (2000).
  7. S. A. Wolf , D. D. Awschalom, R. A. Buhrman, J. M. Daughton, S. von Molnár, M. L. Roukes, A. Y. Chtvhelkanova, and D. M. Treger, Science 294, 1488 (2001).
  8. Y. Ohno, D. K. Young, B. Beschoten, F. Matsukura, H. Ohno, and D. D Awschalom, Nature 402, 790 (1999).
  9. M. Tanaka, J. Cryst. Growth 201, 660 (1999).