Ingenieros de la Universidad de California, Orilla, han informado de avances en los llamados dispositivos "espintrónicos" que ayudarán a conducir a una nueva tecnología para la computación y el almacenamiento de datos. Han desarrollado métodos para detectar señales de componentes espintrónicos hechos de metales y silicio de bajo costo, que supera una barrera importante para la amplia aplicación de la espintrónica. Anteriormente, estos dispositivos dependían de estructuras complejas que utilizaban metales raros y caros como el platino. Los investigadores fueron dirigidos por Sandeep Kumar, un profesor asistente de ingeniería mecánica.

Los dispositivos espintrónicos prometen resolver los principales problemas de las computadoras electrónicas actuales, en el sentido de que las computadoras usan cantidades masivas de electricidad y generan calor que requiere gastar aún más energía para enfriar. Por el contrario, Los dispositivos espintrónicos generan poco calor y utilizan cantidades relativamente minúsculas de electricidad. Las computadoras espintrónicas no requerirían energía para mantener los datos en la memoria. También se iniciarían instantáneamente y tendrían el potencial de ser mucho más potentes que las computadoras actuales.

Mientras que la electrónica depende de la carga de electrones para generar los binarios o ceros de los datos informáticos, la espintrónica depende de la propiedad de los electrones llamada espín. Los materiales espintrónicos registran datos binarios a través de la orientación de espín "hacia arriba" o "hacia abajo" de los electrones, como el norte y el sur de los imanes de barra, en los materiales. Una barrera importante para el desarrollo de dispositivos espintrónicos es la generación y detección de señales de espín eléctrico infinitesimales en materiales espintrónicos.

En un artículo publicado en la edición de enero de la revista científica Letras de física aplicada , Kumar y sus colegas informaron sobre una técnica eficaz para detectar las corrientes de giro en un sándwich simple de dos capas de silicio y una aleación de níquel-hierro llamada Permalloy. Los tres componentes son económicos y abundantes y podrían proporcionar la base para dispositivos espintrónicos comerciales. También operan a temperatura ambiente. Las capas se crearon con los procesos de fabricación de productos electrónicos ampliamente utilizados llamados pulverización catódica. Los coautores del artículo fueron los estudiantes graduados Ravindra Bhardwaj y Paul Lou.

En sus experimentos, los investigadores calentaron un lado del sándwich bicapa de permalloy-silicio para crear un gradiente de temperatura, que generó un voltaje eléctrico en la bicapa. El voltaje se debió a un fenómeno conocido como efecto spin-Seebeck. Los ingenieros descubrieron que podían detectar la "corriente de giro" resultante en la bicapa debido a otro fenómeno conocido como "efecto Hall de giro inverso".

Los investigadores dijeron que sus hallazgos se aplicarán a la conmutación magnética eficiente en las memorias de las computadoras. y "estos avances científicos pueden impulsar" el desarrollo de tales dispositivos. Mas ampliamente, concluyeron, "Estos resultados traen el ubicuo Si (silicio) a la vanguardia de la investigación de la espintrónica y sentarán las bases de los dispositivos de espintrónica de Si y caloritrónicos de espín de Si".

En otros dos artículos científicos, los investigadores demostraron que podían generar una propiedad clave para los materiales espintrónicos, llamado antiferromagnetismo, en silicio. El logro abre un camino importante hacia la espintrónica comercial, dijeron los investigadores, dado que el silicio es económico y se puede fabricar utilizando una tecnología madura con una larga historia de aplicación en electrónica.

El ferromagnetismo es la propiedad de los materiales magnéticos en los que los polos magnéticos de los átomos están alineados en la misma dirección. A diferencia de, El antiferromagnetismo es una propiedad en la que los átomos vecinos están orientados magnéticamente en direcciones opuestas. Estos "momentos magnéticos" se deben al giro de los electrones en los átomos, y es fundamental para la aplicación de los materiales en espintrónica.

En los dos papeles, Kumar y Lou informaron haber detectado antiferromagnetismo en los dos tipos de silicio, llamados tipo ny tipo p, utilizados en transistores y otros componentes electrónicos. El silicio semiconductor de tipo N está "dopado" con sustancias que hacen que tenga una abundancia de electrones cargados negativamente; y el silicio de tipo p está dopado para tener una gran concentración de "agujeros" cargados positivamente. La combinación de los dos tipos permite la conmutación de corriente en dispositivos tales como transistores utilizados en memorias de computadora y otros componentes electrónicos.

En el papel en el Revista de magnetismo y materiales magnéticos , Lou y Kumar informaron haber detectado el efecto spin-Hall y el antiferromagnetismo en n-silicio. Sus experimentos utilizaron una película fina multicapa que comprendía paladio, Permalloy de níquel-hierro, óxido de manganeso y n-silicio.

Y en el segundo artículo, en la revista científica estado físico solidi , informaron sobre la detección en el silicio p de antiferromagnetismo impulsado por espín y una transición del silicio entre las propiedades del metal y del aislante. Esos experimentos utilizaron una película delgada similar a las del silicio n.

Los investigadores escribieron en el último artículo que "El comportamiento antiferromagnético emergente observado puede sentar las bases de la espintrónica de Si (silicio) y puede cambiar todos los campos que involucran películas delgadas de Si. Estos experimentos también presentan un control eléctrico potencial del comportamiento magnético utilizando la física electrónica de semiconductores simples. El gran cambio observado en la resistencia y la dependencia del dopaje de la transformación de fase fomenta el desarrollo de dispositivos espintrónicos antiferromagnéticos y de cambio de fase ".

En estudios posteriores, Kumar y sus colegas están desarrollando tecnología para encender y apagar las corrientes de giro en los materiales, con el objetivo final de crear un transistor de espín. También están trabajando para generar más chips espintrónicos de alto voltaje. El resultado de su trabajo podría ser de muy bajo consumo, transmisores y sensores compactos, así como almacenamiento de datos y memorias de computadora de bajo consumo energético, dijo Kumar.