Las corrientes eléctricas impulsan todos nuestros dispositivos electrónicos. El campo emergente de la espintrónica busca reemplazar las corrientes eléctricas con lo que se conoce como corrientes de espín. Investigadores de la Universidad de Tokio han logrado un gran avance en esta área. Su descubrimiento del efecto Hall de giro magnético podría conducir a la baja potencia, dispositivos de alta velocidad y alta capacidad. Han creado dispositivos de muestra que pueden seguir investigando sobre posibles aplicaciones.

"La electricidad iluminó el mundo y la electrónica lo conectó, ", dice el profesor Yoshichika Otani del Instituto de Física del Estado Sólido." La espintrónica será el siguiente paso adelante en esta procesión y solo podemos imaginar los avances que puede traer ".

Entonces, ¿qué es la espintrónica y por qué deberíamos estar emocionados?

"En esencia, la espintrónica se utiliza para transferir información, algo para lo que siempre hemos utilizado corrientes eléctricas, "continúa Otani, "pero la espintrónica ofrece una amplia gama de ventajas, algunos de los cuales estamos empezando a comprender ".

En la actualidad, La eficiencia energética de los dispositivos eléctricos y electrónicos es un factor limitante del desarrollo tecnológico. El problema radica en la naturaleza de las corrientes eléctricas, el flujo de carga en forma de electrones. A medida que los electrones atraviesan un circuito, pierden algo de energía como calor residual. La espintrónica mejora la situación:en lugar del movimiento, explota otra propiedad de los electrones para transferir información. su momento angular o "giro".

"En las corrientes de espín, los electrones aún se mueven, pero mucho menos que en una corriente de carga, "explica Otani." Es el movimiento de los electrones lo que normalmente conduce a la resistencia y al calor residual. A medida que reducimos la necesidad de tanto movimiento de electrones, mejoramos drásticamente la eficiencia ".

Para demostrar este fenómeno, los investigadores crearon un nuevo tipo de material llamado "antiferromagnet no colineal":Mn3Sn, que es un tipo especial de imán. En imanes de uso diario, o ferromagnetos, como los que puede encontrar en las puertas del refrigerador, los giros de los electrones se alinean en paralelo, lo que imbuye al material con su efecto magnético. En este antiferromagnet, los espines de los electrones se alinean en arreglos triangulares de manera que ninguna dirección prevalece y el efecto magnético se suprime de manera efectiva.

Cuando se introduce una pequeña corriente eléctrica en Mn3Sn y se le aplica un campo magnético de la manera correcta, los electrones se ordenan a sí mismos de acuerdo con su espín y los flujos de corriente eléctrica. Este es el efecto Hall de giro magnético, y el proceso se puede revertir con el efecto Hall de giro inverso magnético para obtener una corriente eléctrica a partir de una corriente de giro.

En Mn3Sn, los espines por igual tienden a acumularse en la superficie del material, por lo que se corta en capas delgadas para maximizar su área de superficie y, por lo tanto, la capacidad de corriente de giro que lleva una muestra. Los investigadores ya han integrado este material en un dispositivo funcional para que sirva como banco de pruebas para posibles aplicaciones y están entusiasmados con las perspectivas.

"La eficiencia energética en los sistemas eléctricos es suficiente para despertar el interés de algunos, pero el uso de antiferromagnetos para generar corrientes de espín también podría mejorar otros aspectos de la tecnología, "dice Otani." Los antiferromagnetos se miniaturizan más fácilmente, operan a frecuencias más altas y empaquetan más densamente que los ferroimanes ".

Pero, ¿cómo se traducen estas ideas en aplicaciones?

"La miniaturización significa que los dispositivos espintrónicos podrían convertirse en microchips, "continúa Otani." Las altas frecuencias significan que los chips espintrónicos podrían superar a los electrónicos en velocidad de operación, y una mayor densidad conduce a una mayor capacidad de memoria. Además, la baja disipación en las corrientes de giro a temperatura ambiente mejora aún más la eficiencia energética ".

Los dispositivos basados ​​en el efecto Hall de giro tradicional ya existen en la investigación de la espintrónica, pero el efecto Hall de giro magnético y los nuevos materiales utilizados podrían mejorar enormemente todo tipo de tecnología.

"Todavía queda mucho trabajo por hacer, incluida la exploración de los principios subyacentes del fenómeno que investigamos, "concluye Otani." Impulsado por misterios de materiales exóticos, Estoy encantado de ser parte de esta revolución tecnológica ".