(a) Ilustración esquemática de la configuración Seebeck de giro fuera del plano para el YIG / Cr 2 O 3 / Dispositivo de tres capas de Pt. Crédito:Nature Publishing Group
Investigadores de la Universidad de Tohoku en Japón han descubierto un interruptor para controlar la corriente de giro, un mecanismo necesario para el procesamiento de información con dispositivos basados en espines completos.
Esto es significativo porque aunque la tecnología detrás de la detección y generación de la corriente de espín se ha establecido desde hace algún tiempo, Un componente que faltaba desde hace mucho tiempo en la historia de la espintrónica ha sido un "interruptor de corriente de giro". Es el equivalente al transistor utilizado en electrónica para habilitar y deshabilitar el flujo de electricidad.
La espintrónica es un campo emergente de la electrónica a nanoescala que utiliza no solo la carga de los electrones sino también el espín de los electrones. La tecnología no requiere un material semiconductor especializado, lo que reduce los costos de fabricación.
Otras ventajas incluyen un menor requerimiento de energía, así como bajo consumo de energía con capacidad competitiva de transferencia y almacenamiento de datos. Se ha utilizado en una variedad de dispositivos para el procesamiento de información, memoria y almacenamiento, en particular, discos duros de densidad ultra alta y memorias no volátiles.
Los materiales tienen mecanismos incorporados para permitir la detección eléctrica de la corriente de espín, como el efecto hall de giro inverso (ISHE). Usando el ISHE, La corriente de giro generada por otras formas de energía como las microondas (bombeo de giro) y el calor (efecto de giro Seebeck) se transforma en voltaje eléctrico en el material.
(b.) Una imagen TEM transversal del dispositivo de tres capas YIG / Cr2O3 / Pt utilizado en este trabajo. Barra de escala, 5 nm. Cada una de las capas crea una estructura cristalina pura. Crédito:Nature Publishing Group
Ahora, Zhiyong Qiu, Dazhi Hou, Eiji Saitoh, y colaboradores en las universidades de Tohoku y Mainz, han demostrado que una estructura en capas de materiales recientemente desarrollada funciona como un interruptor de corriente de giro. Usando la estructura, pudieron controlar la transmisión de la corriente de espín con un aumento del 500% a casi temperatura ambiente.
Los sándwiches de estructura de tres capas Cr 2 O 3 entre el granate de itrio hierro (YIG) y el platino (Pt). El par YIG / Pt es una combinación estándar de materiales que se utilizan para investigar el flujo de corriente de espín; ambos son aislantes en los que los electrones no pueden fluir. YIG, un aislante eléctrico ferrimagnet, genera corriente de giro en respuesta a microondas de RF o gradiente de temperatura y Pt, un metal paramagnético, detecta la corriente de espín como voltaje eléctrico a través de ISHE.
Colocando Cr 2 O 3 entre los materiales, la señal de voltaje en Pt refleja cuánto Cr 2 O 3 La capa puede transmitir la corriente de giro. Los investigadores investigaron el cambio de voltaje frente a la temperatura y el campo magnético aplicado.
"Observamos una reducción masiva en la señal de voltaje al cruzar la temperatura en alrededor de 300K, en qué punto Cr 2 O 3 cambia su fase de paramagnet a anti-ferromagnet (punto de Neel), ", dijo el profesor asistente Dazhi Hou. El cambio de la transmisión de la corriente de espín es un aumento cercano al 500% bajo la aplicación de un campo magnético. Este comportamiento sugiere que la estructura en capas funciona como un interruptor de corriente de espín cuando se cruza el punto de Neel de Cr 2 O 3 o aplicando un campo magnético.
"Así como el transistor revolucionó la electrónica al permitir el desarrollo escalable de dispositivos electrónicos, Es probable que el descubrimiento de un interruptor de corriente de espín lleve a la espintrónica en una nueva dirección, ", dijo el profesor Eiji Saitoh." Es un avance significativo ".
