La espinmecatrónica / ˌ s p ɪ n əm ɛ k ə ˈ t r ɒ n ɪ k s / es un neologismo que se refiere a un campo emergente de investigación relacionado con la explotación de fenómenos dependientes del espín y metodologías y tecnologías espintrónicas establecidas junto con la electromecánica. , sistemas magnomecánicos, acústico-mecánicos y optomecánicos. En particular, la espinmecatrónica (o espín mecatrónica) se refiere a la integración de sistemas micro y nanomecatrónicos con la física del espín y la espintrónica .
Si bien la espinmecatrónica ha sido reconocida recientemente [1] (2008) como un campo independiente, el desarrollo de sistemas híbridos de espín -mecánica se remonta a principios de los años noventa, [2] con dispositivos que combinan espintrónica y micromecánica emergiendo a principios del siglo XX. primer siglo.
Uno de los sistemas espinmecatrónicos más antiguos es el microscopio de fuerza de resonancia magnética o MRFM. Propuesto por primera vez por JA Sidles en un artículo fundamental de 1991 [2] – y desde entonces ampliamente desarrollado tanto teórica como experimentalmente por varios grupos de investigación internacionales [3] [4] , el MRFM opera acoplando un voladizo micromecánico cargado magnéticamente a un sistema de espín nuclear, de protón o de electrón excitado . El concepto MRFM combina eficazmente la microscopía de fuerza atómica de barrido ( AFM ) con la espectroscopia de resonancia magnética para proporcionar una herramienta espectroscópica de sensibilidad incomparable. La resolución nanométrica es posible y la técnica constituye potencialmente la base para diagnósticos magnéticos, bioquímicos, biomédicos y clínicos de ultra alta sensibilidad y ultra alta resolución.
La sinergia de la micromecánica y las tecnologías espintrónicas establecidas para aplicaciones de detección es uno de los desarrollos espinmecatrónicos más importantes de la última década. A principios de este siglo, surgieron sensores de deformación que incorporaban tecnologías magnetorresistivas [5] y es probable que una amplia gama de dispositivos que explotan principios similares alcancen su potencial comercial y de investigación para 2015.
La innovación contemporánea en espinmecatrónica impulsa el avance independiente de la ciencia de vanguardia en física de espín , espintrónica y micro y nanomecatrónica y cataliza el desarrollo de técnicas de instrumentación, control y fabricación completamente nuevas para facilitar y explotar su integración.
MEMS : los sistemas microelectromecánicos son el ingrediente clave de la micromecatrónica . Los sistemas microelectromecánicos son, como su nombre indica, dispositivos con dimensiones significativas en el régimen micrométrico o menos. [6] [7] Muy adecuados para la integración con circuitos electrónicos y de microondas, proporcionan la clave para funcionalidades electromecánicas inalcanzables con la mecatrónica de precisión clásica . La comercialización de productos de sistemas microelectromecánicos producidos en masa está acelerando rápidamente e incluye tecnología de inyección de tinta para impresoras, acelerómetros 3D , sensores de presión integrados y pantallas de procesamiento digital de luz (DLP). A la vanguardia de las tecnologías de fabricación e integración de sistemas microelectromecánicos se encuentran los sistemas nanoelectromecánicos [ 8 ] ( NEMS ) . Los ejemplos típicos son micrómetros de largo, decenas de nanómetros de espesor y frecuencias de resonancia mecánica cercanas a los 100 MHz. Sus pequeñas dimensiones físicas y masa (del orden de picogramos ) los hacen muy sensibles a los cambios de rigidez ; Esto, su sinergia con sistemas mecánicos y de procesamiento de datos, y la opción de unir moléculas químicas/biológicas, los hace ideales para aplicaciones de detección mecánica, química y biológica de rendimiento ultraalto.
La física del espín es un área amplia y activa de investigación en física de la materia condensada . ' Espín ' en este contexto se refiere a una propiedad mecánica cuántica de ciertas partículas y núcleos elementales , y no debe confundirse con el concepto clásico (y más conocido) de rotación . La física del espín abarca estudios de resonancia magnética nuclear , electrónica y de protones , magnetismo y ciertas áreas de la óptica. La espintrónica es una rama de la física del espín. Quizás las dos aplicaciones más conocidas de la física del espín sean la resonancia magnética (o MRI ) y el cabezal de lectura del disco duro espintrónico magnetorresistivo gigante ( GMR ) .
La magnetorresistencia espintrónica es una importante historia de éxito científico y comercial. Hoy en día, la mayoría de las familias poseen un dispositivo espintrónico: el cabezal de lectura del disco duro magnetorresistivo gigante ( GMR ) en su computadora. La ciencia que dio origen a esta fenomenal oportunidad de negocio (y que le valió el Premio Nobel de Física de 2007) fue el reconocimiento de que los portadores eléctricos se caracterizan tanto por la carga como por el espín . [9] [10] [11] Hoy en día, la magnetorresistencia de túnel (TMR), que utiliza el espín del electrón como etiqueta para permitir o prohibir el túnel de electrones [12] , domina el mercado de discos duros y se está estableciendo rápidamente en áreas tan diversas como como dispositivos lógicos magnéticos y biosensores. [13] El desarrollo continuo está empujando las fronteras de los dispositivos TMR hacia la nanoescala .
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