lunes, 8 de noviembre de 2010

Espintrónica vrs Electrónica

Espintrónica  Vrs Electrónica
En la actualidad, muchos científicos alrededor del mundo prevén que la espintrónica vendrá a sustituir a la electrónica y quitarle el reinado de “tecnología madre”. Desde el descubrimiento de la magnetoresistencia gigante en 1988 por los ganadores del premio nobel de física del 2007, Fert y Grünberg (http://gluonconleche.blogspot.com/2007_10_01_archive.html, 2010) , la espintrónica ha venido a revolucionar el diseño y capacidad de almacenamiento de los discos duros y se estima que dentro de diez años, no sólo gobierne la tecnología informática, sino que también la medicina y la tecnología del entretenimiento.
¿Por qué le será imposible a la electrónica competir con esta nueva tecnología?
Para muchos, la espintrónica es el perfeccionamiento de la electrónica; es decir, se basa en los mismos principios del control de la carga eléctrica, sin embargo, aprovecha una segunda propiedad del electrón, su espín. Por tal razón, la espintrónica va más allá que la electrónica, aprovechando dos propiedades diferentes del electrón, su carga y su espín.
Al ser capaz la espintrónica de no solamente controlar carga eléctrica, sino también el momento magnético del electrón ( giro o espín), la convierte en la tecnología vanguardista que cambiará en el mediano plazo la informática, la tecnología médica, las telecomunicaciones, etc. Llevando a la ciencia aplicada (como se le denomina a la tecnología) a nuevos estadios, tal vez inimaginados por el ser humano actual.
Sin embargo, antes de convertirse en la tecnología de vanguardia, la espintrónica debe lograr conjuntar en un solo dispositivo, el control de la carga y del espín del electrón (http://gluonconleche.blogspot.com/2007_10_01_archive.html, 2010) .De hecho ya se han hecho algunos avances; a partir del descubrimiento  de la magneto resistencia gigante se logró regular la resistencia eléctrica ( y con ello el flujo de carga o corriente eléctrica) de un material, a través del control del giro del electrón por campos magnéticos paralelos o anti paralelos.
 El reto ahora esta en lograr que los dispositivos semiconductores (hechos de silicio o germanio, los cuales revolucionaron la electrónica a partir de su propiedad de poder controlar e incluso amplificar flujo de carga eléctrica a un bajo costo y diseño reducido) se conviertan en dispositivos capaces no solo de controlar o amplificar carga, sino también de controlar el espín e interpretar el momento angular de este, esto es, 0´s y 1´s (espín hacia abajo y espín hacia arriba); es decir, usar el espín como lenguaje binario para almacenar información.
Esto haría los aparatos espintrónicos más eficientes y rápidos al momento de transportar o guardar datos a un menor costo energético y a una mayor velocidad; ya que al aprovechar ambas propiedades del electrón, se estarían diseñando dispositivos con el doble de sensibilidad, capacidad de memoria, velocidad, y lo mas asombroso, a un menor tamaño y a un menor consumo energético.
En la actualidad, muchos laboratorios tanto en Europa, Asia y Estados Unidos, están trabajando en perfeccionar el diseño de dispositivos espintrónicos, que tengan la propiedad de manipular tanto la carga como el espín del electrón. Si esto llega a ser posible, en el mediano plazo serán sustituidos los actuales ordenadores, microprocesadores, discos duros, y computadoras en general; se dice que dentro de muy poco saldrán al mercado las nuevas “computadoras cuánticas” las cuales cargarán al instante al no más encenderlas, calentaran menos y por ende, consumirán menos energía; estas nuevas computadoras aprovecharán tanto el espín como la carga del electrón, lo que las hará mas eficientes, rápidas y con mayor capacidad de memoria (Servicio de informacion y noticias científicas, 2010).
 Nos encontramos pues, ante el umbral de un cambio en el mundo de la informática, las telecomunicaciones, la tecnología médica, el entretenimiento, transporte, y cuanto nos podamos imaginar.



Giro del electrón, sus caracteristicas magnéticas

A continuación queremos compartir la siguiente presentación en powerPoint acerca de algunas  características físicas del espín del electrón

giro del electrón

Interacción Espín Órbita

Interacción  Espín - Orbita

La existencia de los momentos  magnéticos de espín y orbita del electrón inevitablemente lleva  a su interacción mutua. La denominada interacción espín – orbita se entienden mejor desde la interpretación ventajosa del electrón en órbita, que “ve” el nucleo atómico girando a su alrededor. El movimiento orbital aparente del núcleo genera un campo magnético en la posición del electrón, y el momento del espín del electrón adquiere energía magnética  en este campo según la ecuación
U= -m.B
Esto puede entenderse como un efecto Zeeman interno, donde B surge el movimiento orbital del electro en sí.  El electrón posee una energía superior cuando su espín apunta hacia riba, o está alineado con B, que cuando su espín apunta hacia abajo o está alineado de manera opuesta a B.


El acoplamiento de los momentos de espín y orbita que ni el momento angular orbital ni el momento angular del espín se conserva por separado. Pero el momento angular total J=L+S se conserva en tanto no esté presente ninguna torca externa. En consecuencia, existen estados cuánticos  para los cuales   J  y Jz son observables nítida cuantizadas, según  se ha esperado para el momento angular:
            lJl = Raiz(j(j+1) Hbarra 
JZ  =mj h  barra                        Con mj =j,j-I,…,-j
Los valores permitidos para el numero cuántico j del momento angular total  son
J=l+s, l+s-1,…,ll-sI
EN términos de los números cuánticos  orbital (l ) y de espín (s). Para un electrón atómico s=  y l=0, 1, 2… de modo que j=  (para l) y
j= l  (para l>0)
 Observa que el número de valores mj siempre es par para un solo electrón, lo cual conduce a un número par de orientaciones en el modelo semiclasico para J, en vez del número impar pre dicho para solo el momento angular orbital L.

La notación 1S½ describe el estado base del hidrogeno, donde 1 indica que n=1, la S indica que l=0 y el subíndice un medio , denota que J=1/2.donde la interacción  espín -  orbita separa los dos últimos estados de energía aproximadamente por 5x10-5 eV.
  Para j = 3/2, existen cuatro orientaciones posibles de J, y por tanto cuatro valores posibles de Jz