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'''Espín''' (del inglés ''spin'' "girar"). Se refiere a una propiedad física de las partículas subatómicas, por la cual toda partícula elemental tiene un momento angular intrínseco de valor fijo. Se trata de una propiedad intrínseca de la partícula como lo es la masa o la carga eléctrica. | '''Espín''' (del inglés ''spin'' "girar"). Se refiere a una propiedad física de las partículas subatómicas, por la cual toda partícula elemental tiene un momento angular intrínseco de valor fijo. Se trata de una propiedad intrínseca de la partícula como lo es la masa o la carga eléctrica. | ||
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La empresa eléctrica japonesa NEC está desarrollando los demostradores de esa nueva tecnología que transformaría el calor en corriente de espín y de ahí en corriente de carga mediante el efecto Hall de espín inverso. Los resultados presentados en el estudio serían una alternativa, ya que esa transformación de corriente de espín en [[corriente eléctrica]] es más eficiente por el efecto Rashba inverso, pudiendo quizá hacer viable esta tecnología tan prometedora en el ámbito energético. | La empresa eléctrica japonesa NEC está desarrollando los demostradores de esa nueva tecnología que transformaría el calor en corriente de espín y de ahí en corriente de carga mediante el efecto Hall de espín inverso. Los resultados presentados en el estudio serían una alternativa, ya que esa transformación de corriente de espín en [[corriente eléctrica]] es más eficiente por el efecto Rashba inverso, pudiendo quizá hacer viable esta tecnología tan prometedora en el ámbito energético. | ||
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última versión al 13:40 9 ago 2019
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Espín (del inglés spin "girar"). Se refiere a una propiedad física de las partículas subatómicas, por la cual toda partícula elemental tiene un momento angular intrínseco de valor fijo. Se trata de una propiedad intrínseca de la partícula como lo es la masa o la carga eléctrica.
Sumario
Historia
Hacia 1920 los científicos llegaron a la conclusión que para describir a los electrones en el átomo, además de los números cuánticos “clásicos”, se requería de un cuarto concepto, el llamado espín del electrón, derivado del hecho de que, aparte de su masa y carga eléctrica, los electrones rotan.
Por tanto los dos físicos, Goudsmit y Uhlenbeck descubrieron que, si bien, la teoría cuántica de la época no podía explicar algunas propiedades de los espectros atómicos, añadiendo un número cuántico adicional, el "número cuántico de espín", lograba dar una explicación más completa de los espectros atómicos.
La primera evidencia experimental de la existencia del espín se produjo con el experimento realizado en 1922 por Otto Stern y Walther Gerlach, aunque su interpretación actual no llegara hasta 1927. Pronto, el concepto de espín se amplió a todas las partículas subatómicas, incluidos los protones, los neutrones y las antipartículas.
Alrededor del año 1925, tres investigadores: Ralph Kronig, Goudsmit y Uhlenbeck, partieron de la idea de que el electrón que orbita alrededor del núcleo atómico es similar a la Tierra en su movimiento orbital alrededor del Sol.Y que, así como la Tierra tiene un movimiento de rotación alrededor de su eje, también el electrón ligado a un átomo, gira sobre sí mismo.
El momento angular total de la Tierra es la suma vectorial de su momento angular orbital y de su momento angular de rotación alrededor de su eje. Pero, en el caso del electrón no se pude calcular su momento angular de rotación del mismo modo que se calcula el de la Tierra, en función de su masa, radio y velocidad angular.
Espin orbitando
El electrón es poseedor de una carga eléctrica negativa; y, al girar el electrón sobre su propio eje genera un campo magnético que denominamos espín.
El espín proporciona una medida del momento angular intrínseco de toda partícula.
Añadiendo el espín como un cuarto número cuántico, se logró dar una explicación más completa de las características de los espectros de átomos que poseen un solo electrón. Actualmente, la existencia del espín del electrón está confirmada por muchos resultados experimentales.
Pronto, el concepto de espín se amplió a todas las partículas subatómicas, incluidos los protones, los neutrones y las antipartículas.
Dirac
Paul Dirac, físico inglés (1902-1984)
El momento magnético de espín existe para partículas sin carga, como el fotón, el cual tiene un espín entero.
El ferromagnetismo surge del alineamiento de los espines (y, ocasionalmente, de los momentos magnéticos orbitales) en un sólido.
Actualmente, la microelectrónica encuentra aplicaciones a ciertas propiedades o efectos derivados de la naturaleza del espín, como es el caso de la magnetorresistencia (MR) o la magnetorresistencia gigante (MRG) que se aprovecha en los discos duros.
Se puede forzar a un sistema de bosones a posicionarse en el mismo estado cuántico. Este es el principio fundamental del funcionamiento de un láser en el que los fotones, partículas de espín entero, se disponen en el mismo estado cuántico produciendo trenes de onda en fase.
También se baraja la posibilidad de aprovechar las propiedades del espín para futuras computadoras cuánticas, en los que el espín de un sistema aislado pueda servir como bit cuántico (qubit).
Propiedades del espín
Se utiliza como dispositivo de memoria para computador que utiliza el espín de los electrones para leer y escribir los datos. La espintrónica, que es como se llama a este nuevo campo tecnológico del uso del espín de los electrones, constituye una alternativa a la microelectrónica tradicional.
Espín en la actualidad
Fue atribuido a Albert Fert, el Nobel lo recompensa por el descubrimiento de la magnetorresistencia gigante (Giant Magneto-Resistance, GMR) y por su contribución para el desarrollo de la electrónica de spin o spintrónica. Un equipo de científicos de la Universidad de Zaragoza, junto a colegas franceses, ha contribuido a avanzar en el desarrollo de la espintrónica. Este nuevo tipo de electrónica explota la carga del electrón y la orientación de su espín para obtener dispositivos con nuevas funcionalidades. [1]
Aplicaciones espintrónicas
El ejemplo más conocido de aplicación de la espintrónica es en el diseño de dispositivos que presentan 'magnetorresistencia gigante' y que hoy en día usamos para la lectura de la información almacenada en los discos duros.
Desde hace varias décadas, gracias a los materiales termoeléctricos es posible transformar el calor (como el que se genera por la combustión en el motor de un coche) en energía eléctrica. Sin embargo, este proceso no es por ahora muy ineficiente y resulta caro usar esta tecnología. Recientemente, se ha descubierto un efecto llamado efecto Seebeck de espín por el que el calor se aprovecha para generar una corriente de espín.
Uno de los descubridores de este efecto es el investigador japonés Sadamichi Maekawa. El profesor Maekawa (Instituto de Materiales, Tohoku University, Japón) es uno de los físicos más relevantes a nivel mundial que trabajan en teoría sobre la espintrónica.
La empresa eléctrica japonesa NEC está desarrollando los demostradores de esa nueva tecnología que transformaría el calor en corriente de espín y de ahí en corriente de carga mediante el efecto Hall de espín inverso. Los resultados presentados en el estudio serían una alternativa, ya que esa transformación de corriente de espín en corriente eléctrica es más eficiente por el efecto Rashba inverso, pudiendo quizá hacer viable esta tecnología tan prometedora en el ámbito energético.
