Sikerült szinkronizálni az elektronok perdületét, és lefényképezni egy szabályos spin-mintázat kifejlődését. A felfedezés fordulatot hozhat a számítástechnikában. Mindeddig nem tudhattuk biztosan, elképzelhető-e olyan technológia, amely az elektronok spinjét, azaz perdületét használja információ kódolására és tárolására. A nagy kérdés az, nem túl gyors-e a spin változása az információ megtartásához. A Nature Physics nevű tudományos folyóirat a napokban arról számolt be, hogy az IBM és a zürichi ETH műszaki egyetem kutatói bebizonyították, a szinkronizált elektronok spinjének időtartama akár harmincszor hosszabb, 1,1 nanoszekundum is lehet. 

Ez az időtartam megegyezik egy 1GHz-es processzor ciklusidejével. Napjaink számítógépes technológiája olyan eszközökön alapul, melyekben az elektronok töltését használják adatok kódolására és feldolgozására. E technika lehetőségei erősen behatároltak, hiszen az elektronok áramlása a félvezetők méretének zsugorodásával egyre kevésbé kontrollálható. A viszonylag fiatal tudományágként számon tartott spintronika azonban új távlatokat nyithat a számítástechnikában azzal, hogy az elektronok töltése helyett spinjüket, azaz perdületüket használná ki. Ha sikerül, a spintranzisztorok elterjedésével minden eddiginél hatékonyabb adattárolási technológiák kerülhetnek piacra. 

„A tudósok megfigyelték, hogy az elektron spinjei a félvezetőben haladva hosszú mikrométereken át úgy mozognak, mint a bécsi keringőben az egymást váltó párok. – magyarázza Dr. Gian Salis az IBM Research nanorendszerek kutatócsoportjának tagja. „Ha minden pár az észak felé tekintő hölggyel kezdi meg táncát, az egymással rotáló párok előbb utóbb más-más irányba néznek majd. A táncosok rotációs sebességét szabályozva, egy tökéletes koreográfiával el tudjuk érni, hogy egy bizonyos területen minden hölgy egyazon irányba nézzen. A spint ily módon manipulálva jelentős lépést tehetünk az elektromosan programozható spintranzisztorok fejlesztése felé.” 

Az IBM tudósai rendkívül kis területen ultra-rövid lézerpulzusokkal követték több ezer elektronspin fejlődését. Ott, ahol a spinek először rotáltak véletlenszerűen és hirtelen elvesztették orientációjukat, a tudósok megfigyelhették, miként rendeződnek vissza a megszokott spin-spirál mintázatba. A spinrotáció blokkolásának elméleti koncepciója 2003-ra tekint vissza, előidézésére azóta több kísérlet is született, de eddig senkinek sem sikerült közvetlenül megfigyelnie a jelenséget. A spinek „szinkronizált keringőjét” egy különleges elektronmikroszkópos eszközzel fényképezték le. A spinrotáció szinkronizálása lehetővé tette, hogy megfigyeljék, miként mozognak a spinek több mint 10 mikrométer, azaz egyszázad milliméter hosszan. 

Elképzelhető, hogy ezt kihasználva a jövőben gyors és energiatakarékos logikai műveleteket végezhetők majd a spin segítségével. A spinről A kvantummechanikában a spin a részecskék saját, belső impulzusmomentuma (vagyis, a pályamenti impulzusmomentummal ellentétben, független a részecske mozgásától). A spin és a perdület nevek is félrevezetőek, mert arra utalnak, mintha a részecske forogna a saját tengelye körül, ahogy egy bolygó teszi. De próbáljuk meg elképzelni, ahogy egy pontszerű részecske forog. A forgáshoz legalább két ponttal kellene rendelkeznie. 

A spin valójában a részecske tulajdonságait leíró hullámfüggvény (vagy állapotfüggvény) térbeli forgatásokkal szembeni transzformációs tulajdonságait írja le. A nulla spinű részecske hullámfüggvénye például forgatás hatására nem változik, invariáns. Kiterjedt, összetett objektumok, mint például a bolygók esetén a tengely körüli forgás azonban valóban a sajátperdülethez járul hozzá. A spinnek van még egy különleges tulajdonsága a mozgásból származó kvantummechanikai impulzusmomentummal szemben. 

Vegyünk például két nulla spinű részecskét, ezek relatív mozgását is jellemzi egy impulzusmomentum. A két részecskét egy rendszernek, egy részecskének tekintve, ennek az összetett részecskének a spinje ez a relatív mozgásból származó impulzusmomentum. Ez pedig csak egész érték lehet, feles vagy félegész nem, azaz ilyen jellegű mozgásból, forgásból nem származhat a feles spin. Az egész spinű részecskéket bozonoknak nevezzük. Egy kvantumállapotban akárhány bozon lehet. Ilyen például a foton és a mezonok. A Bose–Einstein-statisztika érvényes rájuk. A feles spinű részecskéket fermionoknak nevezzük. 

Ezekre érvényes a Pauli-elv, azaz egy kvantumállapotban csak egy fermion lehet. Ilyen az elektron, a neutron és a proton, a leptonok és a kvarkok. A fermionok csak párosával keletkezhetnek (fermion és egy anti-fermion). A Fermi–Dirac-statisztika érvényes rájuk. Története A Stern-Gerlach kísérlet: Ha nem lenne mágneses momentumuk (és ennek megfelelően spinjük) az ezüstatomoknak, akkor egy kupacba kellett volna beérkezniük, de ha van, klasszikus értelmezésben akkor is szétkent, folytonos eloszlás mentén, nem két elkülönülő pontban. A spin és a hozzá szorosan kapcsolódó mágneses momentum sajátos kvantummechanikai kvantáltságának első bizonyítéka a Stern-Gerlach kísérlet volt. 

A legnagyobb meglepetést itt nem a spin, azaz a sajátimpulzusmomentum és mágneses momentum léte okozta, hanem hogy két jól elkülönülő pontba hajoltak csak el a részecskék. Ez egy polarizálatlan kísérlet volt, elvileg akármilyen irányban állhatott a részecskék mágneses momentuma, az viszont kizárólag vagy a mágneses tér irányába, vagy az azzal ellentétes irányba mutatott. Wolfgang Pauli volt talán az a fizikus, aki legjobban hatott a spinelméletre. 

A spin először az alkálifémek emissziós spektrumával kapcsolatban került elő. 1924-ben Pauli bevezetett valamit, amit ő két-értékű kvantum szabadsági fok néven emlegetett, és ez a legkülső elektronhéjjal volt kapcsolatban. Ez tette lehetővé, hogy megfogalmazza a Pauli-elvet, mely szerint két elektron nem lehet azonos kvantumállapotban, valamely kvantumszámuknak különbözniük kell. 

Pauli szabadsági fokának fizikai leírása eredetileg ismeretlen volt. Ralph Kronig, Landé egyik asszisztense, vetette fel 1925 elején, hogy talán az elektron sajátperdületéből származik. Amikor Pauli hallott erről, akkor erősen ellenezte, megjegyezve, hogy akkor az elektron feltételezett felszínének a fénynél gyorsabban kellene mozognia, hogy elég gyorsan pörögjön ahhoz, hogy a megfelelő perdületet elérje, és ez a relativitáselmélet értelmében nem megengedett. Főként Pauli hatására állt el Kronig attól, hogy ötletét közölje. 

Ugyanezen év őszén két fiatal holland fizikus, George Uhlenbeck és Samuel Goudsmit ugyanerre a gondolatra jutott. Paul Ehrenfest javaslatára egy rövid cikkben közzétették eredményüket, mely kedvező fogadtatásra talált, különösen azután, miután L.H. Thomasnak sikerült feloldania a kettes szorzófaktornyi ellentmondást a kísérleti eredmények valamint Uhlenbeck és Goudsmit (valamint Kronig nem közölt) számításai között. A különbség a mágneses momentum precessziójának frekvenciájában jelentkezett, amit relativisztikus effektusként sikerült a kísérlettel egyezően kiszámolnia. Eredményét Thomas-precesszióként ismerjük. 

 Kezdeti ellenvetései ellenére Pauli öntötte formába a spinelméletet 1927-ben a Schrödinger és Heisenberg által felfedezett modern elmélet, a kvantummechanika felhasználásával. Ő használta először a Pauli-mátrixokat, mint a spinoperátorok reprezentációját, és a két komponensű spinor hullámfüggvényt. Pauli spinelmélete nem volt relativisztikus. 1928-ban Paul Dirac közzétette a Dirac-egyenletet, mely leírta a relativisztikus elektront. Dirac az egyenletében négy komponensű spinort (úgynevezett Dirac-spinort vagy bispinort) használt az elektron hullámfüggvényeként. 1940-ben Pauli bizonyította a spin-statisztika tételt, mely szerint a fermionok feles, a bozonok egész spinűek.