Los dispositivos que aprovechan las corrientes de giro por sus propiedades electrónicas especiales están formados por múltiples capas de materiales. Para las mediciones en esta investigación, un dispositivo estaba compuesto por granate de itrio-hierro (YIG) y un metal normal separado por una capa aislante antiferromagnética (AF - un material cuyos momentos magnéticos se cancelan). (El disipador de calor y el calentador permitieron un gradiente de temperatura (T) para la generación de corriente de giro). La introducción de la capa aislante AF amplifica la corriente de espín (curva azul en la figura de la derecha) en comparación con la interfaz YIG metal-simple (curva roja) hasta en un factor de 10. En ausencia del sustrato YIG ferromagnético, la corriente de giro desaparece (línea negra). Los datos de la figura corresponden a una capa de metal de platino (Pt); los datos correlacionan el campo aplicado (H) con el voltaje Hall de giro inverso medido (V). Crédito:Departamento de Energía de EE. UU.
Un electrón lleva carga eléctrica y espín que da lugar a un momento magnético y, por lo tanto, puede interactuar con campos magnéticos externos. La electrónica convencional se basa en la carga del electrón. El campo emergente de la espintrónica tiene como objetivo explotar el espín del electrón. El uso de espines como unidades elementales en computación y electrónica de alta eficiencia es el objetivo final de la ciencia espintrónica debido al uso mínimo de energía de la espintrónica. En este estudio, los investigadores manipularon y amplificaron la corriente de espín a través del diseño de las estructuras en capas, un paso vital hacia este objetivo.
Para teléfonos celulares, ordenadores, y otros dispositivos electrónicos, una deficiencia importante es la generación de calor cuando los electrones se mueven por los circuitos electrónicos. La pérdida de energía reduce significativamente la eficiencia del dispositivo. Por último, el calor limita el empaque de componentes en microchips de alta densidad. La promesa de la espintrónica es eliminar esta pérdida de energía. Lo hace simplemente moviendo el espín del electrón sin mover los electrones. El uso de estrategias de diseño como las identificadas por esta investigación podría resultar en espintrónica de alta eficiencia energética para reemplazar la electrónica actual.
Un obstáculo importante para comprender la espintrónica es la amplificación de pequeñas señales de espín. En electrónica convencional, La amplificación de una corriente de electrones se logra mediante transistores. Recientemente, Los investigadores de la Universidad Johns Hopkins demostraron que las corrientes de espín pequeñas se pueden amplificar insertando películas delgadas de materiales aislantes antiferromagnéticos (materiales en los que se cancelan los momentos magnéticos) en las estructuras en capas, produciendo efectivamente un transistor de espín. Los científicos utilizaron películas delgadas de aislantes antiferromagnéticos, como el óxido de níquel y cobalto, intercalado entre el granate de hierro de itrio y el aislante ferrimagnético (YIG) y las películas metálicas normales. Con tales dispositivos, demostraron que la corriente de espín pura inyectada térmicamente por YIG en el metal puede amplificarse hasta diez veces mediante la película aislante antiferromagnética. Los investigadores encontraron que la fluctuación de espín de la capa aislante antiferromagnética aumenta la corriente de espín. También encontraron que la amplificación es linealmente proporcional a la conductancia de mezcla de espín del metal normal y el YIG. Los experimentos demostraron este efecto para varios metales. Más lejos, El estudio mostró que la amplificación de la corriente de espín es proporcional a la conductancia de mezcla de espín de los sistemas YIG / metal para diferentes metales. Los cálculos de la mejora de la corriente de espín y la conductancia de mezcla de espín proporcionaron un acuerdo cualitativo con las observaciones experimentales.
