A Descoberta Quântica: Pesquisadores Descobrem um Novo Método para Manipular Elétrons

Filtrando spin com uma hélice. Crédito: Angela Wittmann

Os elétrons são conhecidos principalmente por sua carga negativa, que impulsiona correntes elétricas, mas eles também possuem spin — uma propriedade magnética com vasto potencial para o avanço da tecnologia de armazenamento de dados. No entanto, controlar efetivamente o spin do elétron continua sendo um desafio.

Aproveitando o Spin por Meio de Materiais Ferromagnéticos e Moléculas Quirais

Um método comum para alinhar o spin do elétron envolve passar uma corrente elétrica por um material ferromagnético, como o ferro. Esse processo polariza o spin dos elétrons em alinhamento com o campo magnético do material.

Alternativamente, os pesquisadores têm explorado moléculas quirais — estruturas que não têm uma imagem de espelho sobreposta, como hélices — para atingir a polarização do spin. Estudos sugerem que essas moléculas podem induzir a polarização do spin em níveis comparáveis ​​aos materiais ferromagnéticos, em torno de 60–70%. Apesar dos resultados promissores, essa abordagem continua sendo um tópico de debate na comunidade científica.

Confirmando a Seletividade de Spin Induzida por Quiral (CISS)

Uma equipe de pesquisa da Johannes Gutenberg University Mainz (JGU) confirmou agora a existência da seletividade de spin induzida por quiral (CISS). Em vez de passar uma carga elétrica diretamente através de moléculas quirais, a equipe criou um sistema híbrido, revestindo uma fina película de ouro com moléculas quirais. Embora a maior parte da corrente fluísse através do ouro, a presença de moléculas quirais alterava o estado eletrônico do ouro.

Os pesquisadores examinaram como a corrente de spin se convertia em corrente de carga. Em películas de ouro puro, cerca de 3% da corrente de spin se transforma em carga, independentemente da orientação do spin do elétron. No entanto, no sistema híbrido de moléculas quirais e ouro, a taxa de conversão variou significativamente com base na lateralidade da molécula.

Ashish Moharana, aluno de doutorado no grupo de pesquisa da Professora Angela Wittmann, em frente à configuração experimental. Crédito: Shaktiranjan Mohanty

Quando moléculas quirais destras revestiam a superfície do ouro, elétrons com spin-up se convertiam mais eficientemente em carga do que aqueles com spin-down. O efeito oposto ocorreu com moléculas canhotas. Isso demonstrou que a conversão de spin para carga depende da quiralidade molecular.

Influência Direcional do Spin e da Quiralidade

O efeito também provou ser vetorial, conforme explicado pela Professora Angela Wittmann da JGU. Se a estrutura helicoidal da molécula quiral apontasse para cima, a conversão da corrente de spin ocorria apenas quando o spin do elétron estava alinhado na mesma direção ou diretamente oposta. Se a orientação do spin se desviasse desse alinhamento, o efeito desaparecia.

“Essas descobertas contribuem significativamente para o reconhecimento da seletividade do spin e do papel que as moléculas quirais desempenham na influência do spin do elétron”, concluiu Wittmann. Essa descoberta aumenta a compreensão da spintrônica e pode abrir caminho para aplicações inovadoras em computação quântica e armazenamento de dados.

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