Na esteira do recente Prêmio Nobel, coroando trabalhos relacionados à origem da spintrônica, pesquisadores do Kavli Institute of Nanoscience (Holanda) conseguiram controlar o spin de um único elétron, não mais com um campo magnético, mas com um campo elétrico. Isso poderá vir a acelerar o desenvolvimento do computador quântico.

O computador quântico é cada vez mais objeto de comentário porque detém, talvez, a chave de um salto tecnológico tão revolucionário quanto o que nos levou da Pascaline à Internet e aos supercomputadores Cray. De resto, Steven Spielberg não se enganou porque, em Trasformers, esse computador, ainda futurista, é evocado para explicar as impressionantes performances de personagens do filme. Entretanto, embora se saiba fazer cálculos com embriões de computadores quânticos, ainda está longe de ultrapassar a capacidade de computadores clássicos e mesmo a realização de dispositivos tão cômodos quanto aqueles correntemente utilizados. É, principalmente em relação a este último ponto, que a descoberta de pesquisadores do Kavli Institute of Nanoscience é interessante.

No domínio da spintrônica, é utilizando o spin do elétron, e não mais principalmente sua carga, que se realiza sistemas eletrônicos dotados de novas possibilidades. O spin do elétron, que se pode representar como um movimento de rotação do elétron sobre si mesmo, ainda que esta imagem seja errônea, dota este de um momento magnético.

Esquema da interação spin eletrônico/campo magnético.

Créditos: University of St. Andrews

Estabelecendo-se S como vetor de spin de um elétron, que indica um sentido de rotação para o elétron, como mostrado no esquema acima, então este último terá também um momento magnético representado pelo vetor µ. Sob a ação de um campo magnético B, o vetor momento magnético µ vai oscilar efetuando um movimento de precessão ao redor do campo B. Este mecanismo é a base de técnicas de ressonância magnética como a Ressonância Magnética Nuclear (RMN).

Manipular o spin de um elétron é um bom meio para efetuar cálculos quânticos, mas isso é difícil. Os cálculos fazem intervir o fato de que, de acordo com a mecânica quântica, o spin de um elétron pode se encontrar simultaneamente em dois estados: spin alto e spin baixo. Associando-se um valor booleano 0 ou 1 a esses estados, é então possível estocar informação sobre configurações de spin de n elétrons e efetuar em paralelo, com muitíssima rapidez, cálculos que seriam extensos com computadores clássicos.

Katja Nowack, Frank Koppens e Yuli V. Nazarov tiveram então a idéia de utilizar campos elétricos oscilantes, mais do que campos magnéticos para manipular o spin de um só elétron em uma caixa quântica. De fato, a realização de um campo elétrico e seu emprego no interior de dispositivos de nanoeletrônica é bem mais simples de realizar - e mais fácil de controlar nessa escala -, que para um campo magnético.

Mas, como um campo elétrico pode ser empregado para realizar um efeito que depende normalmente de um campo magnético?


Um efeito relativístico

A resposta é simples: basta fazer intervir a teoria da relatividade de Einstein! Segundo esta, não existe um campo elétrico e um campo magnético, mas unicamente um campo eletromagnético, representado por um tensor comportando 6 componentes, que se pode ver como uma matriz ou de super vetor. Segundo o estado de movimento de um observador, este medirá antes um campo magnético que um campo elétrico. De fato, para um observador que se deslocaria com os elétrons, logo em repouso em relação a eles, não há senão um campo elétrico, mas, devido à relatividade do espaço e do tempo, um outro observador, para quem os elétrons formam uma corrente no fio, medirá um campo magnético.

Foi utilizando esse efeito que os pesquisadores chegaram ao fim, de modo aparentemente paradoxal, a manipular a orientação de um momento magnético com um campo elétrico.

Imagem (microscopia eletrônica) de uma montagem nanométrica em ouro. Um campo elétrico alternativo provoca o movimento de um elétron. Em seu referencial, este está sujeito, então, a um campo magnético.

Créditos: Kavli Institute of Nanoscience

Futura Sciences, novembre 04, 2007 (Tradução - MIA).

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