Los investigadores de Cornell han dado un nuevo giro a la medición y el control de los espines en el óxido de níquel, con miras a mejorar la velocidad y la capacidad de memoria de los dispositivos electrónicos.

Su papel "Spin Seebeck Imaging of Spin-Torque Switching in Antiferromagnetic Pt / NiO Heterostructures" se publicó el 22 de octubre en Revisión física X .

Una de las especialidades del autor principal Greg Fuchs, profesor asociado de física aplicada e ingeniería, es la espintrónica:el estudio del espín (un tipo de momento angular que puede registrar información) que es responsable de las propiedades magnéticas de los electrones. Fuchs y su grupo se esfuerzan por comprender cómo medir y manipular este magnetismo.

En lugar de medir el magnetismo con formas tradicionales de microscopía magnética, en las que los materiales son bombardeados con luz, electrones o rayos X:Fuchs ha sido pionero en una técnica llamada microscopía magnetotérmica. En este método, se aplica calor al material en un área pequeña, y el magnetismo en esa área se mide por el voltaje eléctrico que se genera. Esto permite al equipo de Fuchs ver qué sucede cuando manipulan los giros de un material magnético.

El Grupo Fuchs ha estado explorando materiales antiferromagnéticos, que son únicos porque sus elementos magnéticos individuales, las pequeñas piezas de material que recuerdan bits de información en función de su orientación, no producen un campo magnético. Por lo tanto, se pueden empaquetar muy juntos sin molestarse entre sí, potencialmente permitiendo el almacenamiento de alta densidad. Los antiferromagnetos son hermanos aún más rápidos de los ferroimanes, materiales magnéticos más convencionales que producen un momento magnético. Los antiferromagnetos tienen el potencial de operar mil veces más rápido, según Fuchs.

Pero comprender el comportamiento de los materiales antiferromagnéticos no es fácil.

"El material antiferromagnético es difícil de estudiar porque todos los demás puntos de giro en la dirección opuesta, por lo que no hay magnetización neta, "Dice Fuchs." No crea un campo magnético. No es realmente adecuado para los enfoques convencionales de medición magnética. Hay instalaciones especializadas de rayos X que pueden hacerlo, pero no hay muchos, y eso limita las medidas que puede realizar. Así que tienes muy pocas opciones ".

Fuchs y su equipo idearon una solución inteligente para resolver el problema eligiendo el tipo correcto de material antiferromagnético, óxido de níquel, que contiene múltiples planos de giro. con los giros en cualquier otro plano apuntando en una dirección opuesta. En un sándwich de platino y óxido de níquel, los giros en el límite están alineados paralelos entre sí, permitiendo a los investigadores usar el flujo de calor para medir la orientación de los espines sin que la señal se cancele.

Este efecto, llamado "efecto Seebeck de giro interfacial, "se había demostrado previamente en metales ferromagnéticos y aislantes, pero solo se teorizó para los antiferromagnetos. Nadie antes lo había demostrado, y mucho menos lo había utilizado para obtener imágenes de muestras antiferromagnéticas con equipos de laboratorio de sobremesa estándar.

"Los antiferromagnetos de imágenes nos permiten ver microscópicamente cómo responden a los estímulos externos, como la corriente eléctrica. Estos detalles son fundamentales cuando se intenta fabricar dispositivos de memoria antiferromagnéticos, "dice el autor principal Isaiah Gray, un doctorado estudiante de física aplicada.

"Normalmente piensas en los antiferromagnetos como una nuez bastante dura. Me sorprende que un enfoque tan relativamente simple funcione, "Dijo Fuchs." Esto abre un reino completamente nuevo en términos de lo que se puede hacer con los dispositivos antiferromagnéticos. Ahora puedo controlar las texturas en estos materiales, y luego ver cómo se orientan los giros ".