A principios de los 20
th
siglo, se hicieron dos descubrimientos famosos sobre spin. Uno de ellos, descubierto por Albert Einstein y Wander Johannes de Haas, explica una relación entre el giro de las partículas elementales. Encontraron una relación entre el magnetismo y el momento angular. (Alrededor de ese tiempo, Einstein también presentó su teoría de la relatividad general). Poco más de una década después, Paul Dirac dio a conocer su ecuación que trata sobre una onda mecánica cuántica relativista, proporcionando una explicación de los electrones como partículas elementales de espín 1/2. .
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Maekawa, un científico que trabaja con la Agencia de Energía Atómica de Japón, así como con la Agencia de Ciencia y Tecnología de Japón, trabajó con científicos asociados con la Universidad de Kyoto y la Universidad de Tohoku, para idear un nuevo modelo de spin que podría ser útil en el desarrollo de Spintronics. Mamoru Matsuo, Jun’ichi Ieda y Eiji Saitoh participaron en la creación del nuevo modelo, que se publica en Physical Review Letters : “Efectos de la rotación mecánica en las corrientes de giro”.
“El efecto Einstein-de Haas se produce por la conservación del momento angular entre el magnetismo y el movimiento de rotación”, explica Maekawa. “La mecánica cuántica nos dice que el origen del magnetismo es el espín electrónico. El progreso reciente en nanotecnología nos permite manipular el flujo de espines electrónicos, o ‘corriente de espín’ ”. Señala que la relación entre la corriente de espín y los imanes se ha estudiado para aplicaciones de nanodispositivos, pero se ha prestado poca atención a la forma en que se puede usar el movimiento de rotación para controlar la corriente de espín.
En Japón, Maekawa y sus colegas decidieron que estudiar cómo usar la rotación mecánica para dirigir la corriente de espín podría ser ventajoso en el desarrollo de dispositivos espintrónicos que los científicos creen que eventualmente podrían reemplazar la electrónica basada en silicio. “Descubrimos que necesitábamos agregar relatividad general a la ecuación”, dice Maekawa. “Dirac incluyó la relatividad especial, pero también se necesitaba la relatividad general. Combinamos las dos teorías de Einstein, y las agregamos a la teoría de la mecánica cuántica. De esta manera, agregamos rotación mecánica a la ecuación cuántica ”.
Parte de este nuevo modelo incluye extender el sistema físico a un marco no inercial desde su marco inercial actual. Maekawa y sus compañeros se basaron en el hecho de que la dinámica de las corrientes de espín está estrechamente relacionada con la interacción espín-órbita, como resultado del uso del límite bajo de energía de la ecuación de Dirac. “Intentamos combinar la relatividad general y la corriente de rotación, a pesar de que la relatividad general no es tan popular en la física de la materia condensada en este momento”, explica. El resultado, señala Maekawa, es que debería ser posible controlar la corriente de giro utilizando medios mecánicos.
Por ahora, el modelo es teoría. “Formulamos una ecuación, y en el futuro esperamos probar la teoría”, dice Maekawa. Él cree que, “esta teoría dará a luz a un motor y una dinamo a nanoescala”, proporcionando una forma práctica de realizar spintronics en el futuro.
