El efecto de magnetorresistencia es la tendencia de un material a cambiar el valor de su resistencia eléctrica en un campo magnético aplicado externamente. Se ha aplicado ampliamente en sensores y cabezales de disco duro. Hasta aquí, no se ha establecido ningún vínculo entre la magnetorresistencia existente y la textura de giro de los materiales con polarización de giro. Investigadores de la Universidad Nacional de Singapur (NUS) han logrado recientemente un gran avance en este campo, revelando una estrecha relación entre la textura de espín de los estados de superficie topológica (TSS) y un nuevo tipo de magnetorresistencia.

Este avance fundamental se logra en colaboración con investigadores de la Universidad de Missouri, Estados Unidos. El equipo de investigación observó por primera vez una magnetorresistencia novedosa en aislantes topológicos (TI) tridimensionales (3-D), que escala linealmente con los campos eléctricos y magnéticos aplicados, y muestra un vínculo estrecho con las texturas de espín en el plano y fuera del plano de TSS. El hallazgo del equipo podría ayudar a abordar el problema de la selección de la fuente de corriente de espín que a menudo se enfrenta en el desarrollo de dispositivos espintrónicos.

El equipo de investigación dirigido por el profesor asociado Yang Hyunsoo del Departamento de Ingeniería Eléctrica e Informática de la Facultad de Ingeniería de NUS, publicó sus hallazgos en la revista Física de la naturaleza .

Nueva magnetorresistencia encontrada en 3-D TI

El descubrimiento de las TI 3-D ha generado un gran interés entre los investigadores internacionales, que ahora buscan comprender las propiedades físicas de este nuevo estado de la materia y explorar sus aplicaciones en optoelectrónica y espintrónica. Hasta aquí, la magnetorresistencia que se encuentra en los TI 3-D es independiente de la corriente, reflejando una respuesta lineal del transporte de electrones a un campo eléctrico aplicado. Al mismo tiempo, existe un obstáculo de transporte en la detección de las propiedades de la superficie, debido a la importante contribución a granel, que abruma las respuestas superficiales.

"En este trabajo, Observamos la magnetorresistencia no lineal de segundo orden en una película prototípica 3-D TI Bi2Se3, y demostró que es sensible al TSS. En contraste con la magnetorresistencia convencional, esta nueva magnetorresistencia muestra una dependencia lineal tanto de los campos eléctricos como magnéticos aplicados, "dijo el Dr. He Pan, quien es el primer autor del estudio y miembro investigador del Departamento.

Assoc Prof Yang agregado, "Los cálculos teóricos de nuestros colaboradores de la Universidad de Missouri revelaron que la resistencia magnetoeléctrica bilineal se origina en el TSS bloqueado por impulso de espín con deformación hexagonal. Desde la perspectiva del origen microscópico, es un proceso fundamentalmente nuevo con respecto a la conversión de una corriente de espín no lineal en una corriente de carga bajo el campo magnético externo ".

Técnica novedosa para probar la textura de giro en 3-D

Sondear la textura de la superficie de rotación es de vital importancia para el desarrollo de dispositivos espintrónicos basados ​​en TI. Sin embargo, el enfoque realizado hasta la fecha está muy restringido a herramientas sofisticadas como la espectroscopia de fotoemisión.

La nueva resistencia magnetoeléctrica observada por el equipo de investigación proporciona una nueva ruta para detectar la textura de espín 3-D en TSS mediante una simple medición de transporte eléctrico sin involucrar capas ferromagnéticas adicionales. El estudio del equipo también reveló el efecto de deformación hexagonal en TSS, que anteriormente solo podía determinarse mediante espectroscopia de fotoemisión.

Al comentar sobre la importancia del avance, El Dr. He Pan dijo:"Nuestros resultados se pueden aplicar a familias extendidas de materiales con alta polarización de espín, como los sistemas Rashba / Dresselhaus, así como dicalcogenuros de metales de transición bidimensionales con estados de espín polarizado. También proporciona una nueva ruta para detectar la textura de giro 3-D de estos materiales mediante una simple medición de transporte ".

Avanzando El profesor asociado Yang y su equipo están realizando experimentos para aumentar la magnitud de la magnetorresistencia novedosa mediante el refinamiento de los materiales de TI y el espesor de la película. También planean incorporar y probar la tecnología en diferentes materiales. El equipo espera trabajar con socios de la industria para explorar varias aplicaciones con la nueva magnetorresistencia.