Micromáquinas mecânicas são acionadas pelo spin de elétrons

Redação do Site Inovação Tecnológica - 13/08/2019

No experimento foi usado um aquecedor elétrico, mas podem ser usados outros mecanismos para produção da corrente de spin.
[Imagem: Kazuya Harii]

Movimento com corrente de spin

Máquinas micromecânicas, mais conhecidas como MEMS, são componentes indispensáveis dos dispositivos modernos - do acionamento dos airbags dos carros ao posicionamento do seu celular - mas a atuação deles requer uma corrente elétrica.

Isso tem complicado as coisas conforme esses dispositivos são crescentemente miniaturizados.

Kazuya Harii, da Universidade Tohoku, no Japão, encontrou uma saída inusitada e inesperada para esse problema: Ele descobriu como alimentar os dispositivos microeletromecânicos usando correntes de spin.

Uma corrente de spin é um fluxo de elétrons de mesmo momento angular. As correntes de spin têm sido usadas como um novo tipo de portador de informações no contexto da spintrônica, mas também já é usada na cabeça de leitura dos discos rígidos e nas memórias magnéticas de acesso aleatório (MRAM).

O que Harii descobriu é que a injeção de uma corrente de spin pode exercer um torque magnético suficiente para controlar a orientação de microímãs. Em outras palavras, como o spin é um momento angular, quando um bocado dele é injetado em um objeto mecânico, ele exerce torque nesse objeto, podendo colocá-lo em movimento.

Vibração induzida pelo spin dos elétrons

Para demonstrar sua abordagem, Harii fabricou uma microviga suspensa usando o isolante magnético granada de ferro-ítrio (YIG: Y3Fe5O12). Um fio metálico fino foi colocado na base da viga, para funcionar como aquecedor. Quando uma corrente elétrica aquece o fio, ele funciona como um gerador de corrente de spin pelo efeito Seebeck, e a corrente de spin se propaga para a microviga, fazendo-a vibrar.

As medições confirmaram que a microviga vibra somente quando é injetada uma corrente de spin modulada para a sua frequência de ressonância. Tudo sem um circuito elétrico, ou seja, não há um eletrodo na extremidade da nanoviga.

"Este mecanismo de acionamento de micromáquinas não requer uma fiação elétrica," disse Harii. "Este mecanismo é aplicável a qualquer objeto mecânico nas escalas micro e nano."

Bibliografia:

Artigo: Spin Seebeck mechanical force
Autores: Kazuya Harii, Yong-Jun Seo, Yasumasa Tsutsumi, Hiroyuki Chudo, Koichi Oyanagi, Mamoru Matsuo, Yuki Shiomi, Takahito Ono, Sadamichi Maekawa, Eiji Saitoh
Revista: Nature Communications
DOI: 10.1038/s41467-019-10625-y

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