Los materiales antiferromagnéticos, materiales en los que los átomos están dispuestos de modo que todos los átomos vecinos sean antiparalelos (es decir, apuntando en la dirección opuesta) a ellos, pueden tener varias propiedades ventajosas para el desarrollo de dispositivos. Debido a su dinámica de giro rápido y campos dispersos insignificantes, podrían ser particularmente favorables para crear dispositivos de memoria de alta velocidad con mucha capacidad de almacenamiento y bajo consumo de energía.

Sin embargo, antes de que esto pueda suceder, los ingenieros deben ser capaces de detectar y controlar eficientemente la corriente eléctrica y la rotación de los momentos (es decir, medir la tendencia de una fuerza a hacer que un cuerpo gire) en materiales antiferromagnéticos. Hasta ahora, esto ha resultado ser un desafío, en particular con el uso de métodos de medición convencionales.

Investigadores de la Universidad Tsinghua, la Universidad ShanghaiTech y la Universidad Tecnológica de Beijing han ideado recientemente un nuevo método para controlar la corriente de espín y los momentos antiferromagnéticos en materiales antiferromagnéticos. En su artículo, publicado en Nature Electronics , lo demostraron específicamente usando bicapa (Bi,Sb)₂ Te₃ /α-Fe₂ O₃ , una estructura que contiene un aislador topológico y un aislador antiferromagnético.

"Nuestro trabajo reciente se basa en uno de nuestros artículos anteriores, publicado en Physical Review Letters (PRL )", dijo a TechXplore Cheng Song, uno de los investigadores que llevó a cabo el estudio. "En el PRL papel, demostramos cambiar el momento antiferromagnético con la corriente de espín del efecto Hall de espín. En nuestro nuevo estudio, queríamos mostrar la interacción entre los momentos antiferromagnéticos y la corriente de espín de los estados superficiales topológicos, ya que el estado superficial topológico sería más eficiente en la conversión de carga-espín".

Song y sus colegas demostraron que la orientación de los momentos antiferromagnéticos en el componente aislante antiferromagnético de su muestra (α-Fe₂ O₃ ) podría modular el reflejo de la corriente de espín en la interfaz con el (Bi,Sb)₂ te₃ capa. Como resultado, el momento de rotación en el material antiferromagnético podría controlarse a través de la corriente de espín, específicamente a través de un toque de órbita de espín gigante generado por (Bi,Sb)₂ te₃ estado superficial topológico de la capa.

"La corriente de espín se puede generar a través de estados superficiales topológicos a partir de aisladores topológicos y luego inyectarse a aisladores antiferromagnéticos adyacentes", explicó Song. "La conversión eficiente de carga de espín puede generar una gran respuesta de magnetorresistencia (control antiferromagnético de la corriente de espín) y baja densidad de corriente de conmutación (control de corriente de espín del antiferromagnético)".

En los experimentos iniciales, Song y sus colegas descubrieron que su método les permitía controlar con éxito los momentos antiferromagnéticos en su muestra de material. También registraron una densidad de corriente de conmutación muy prometedora (es decir, un parámetro muy importante para el desarrollo de dispositivos de memoria).

"Usando composiciones de Sb, ajustamos el nivel de Fermi y la magnetorresistencia a temperatura ambiente resultante (observada en una región muy estrecha)", dijo Song. "El Sb ~0.75 corresponde al nivel de Fermi ubicado en el punto de Dirac, lo que lleva a una baja densidad de corriente de conmutación de ~10^6 A cm^-2".

Los hallazgos recopilados por este equipo de investigadores destacan el valor potencial de su enfoque para lograr un mayor control sobre los dispositivos basados ​​en materiales antiferromagnéticos. En el futuro, esperan que esto allane el camino hacia la generación de nuevos dispositivos de memoria de acceso aleatorio de próxima generación.

"En nuestros próximos estudios, intentaremos combinar un aislador topológico con una memoria de acceso aleatorio antiferromagnético", agregó Song. "También planeamos habilitar la lectura a través de uniones de túneles magnéticos y la escritura por estados de superficie topológica". + Explora más

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