Los investigadores han demostrado con éxito un método para cambiar un material novedoso entre dos estados no volátiles diferentes a velocidades muy altas y con gran precisión. Los componentes físicos del dispositivo en cuestión son significativamente robustos frente a influencias externas como campos magnéticos. Estos hallazgos podrían conducir a un dispositivo de memoria de alta velocidad y capacidad con alta eficiencia energética.

En 1929, El físico teórico Hermann Weyl estaba explorando la ecuación de Dirac recién derivada, que describe muchas cosas en la física de partículas y condujo al descubrimiento de la antimateria. Notó que la ecuación implicaba la existencia de una partícula sin masa, que se conoció como el fermión de Weyl. Alguna vez se creyó que esta era la partícula elemental del neutrino. Casi un siglo después, en 2015, el fermión de Weyl finalmente se descubrió en la realidad, y en los años posteriores, los físicos han comenzado a comprender no sólo, sino para encontrar usos potenciales para él. Un equipo que incluía a investigadores del laboratorio dirigido por el profesor Satoru Nakatsuji en el Instituto de Física del Estado Sólido y el Departamento de Física de la Universidad de Tokio encontró una forma de usar fermiones Weyl para fabricar dispositivos de memoria avanzados.

"La espintrónica es una palabra que probablemente entusiasme a los interesados ​​en el futuro de la tecnología. En términos generales, es algo que podría reemplazar y reemplazar muchas funciones electrónicas en los dispositivos actuales, ", explicó la investigadora asociada Tomoya Higo." Desde hace un tiempo, materiales ferromagnéticos, imanes que se comportan de forma familiar, se han utilizado para explorar fenómenos espintrónicos. Pero hay una mejor clase de materiales magnéticos para este propósito llamados materiales antiferromagnéticos, que parecen más difíciles de trabajar pero tienen muchas ventajas ".

Los antiferromagnetos son materiales interesantes porque ofrecen a los investigadores muchas propiedades útiles que ofrecen los materiales ferromagnéticos, pero están menos sujetos a campos magnéticos externos debido a una disposición única de sus partes constituyentes. Este es un beneficio cuando se trabaja con dispositivos de memoria, dado que la precisión y la robustez son importantes, pero esta disposición especial también dificulta la manipulación del material según sea necesario.

"No era del todo obvio si se puede controlar un estado antiferromagnético con un simple pulso eléctrico como se puede controlar con uno ferromagnético, "dijo Nakatsuji.

Aquí es donde entran los fermiones de Weyl ". En nuestra muestra (aleación antiferromagnética de manganeso y estaño Mn ₃ Sn), Los fermiones de Weyl existen en los puntos de Weyl en el espacio de impulso (no en un espacio físico, sino una forma matemática de representar los momentos de las partículas en un sistema). Estos puntos de Weyl tienen dos estados posibles que podrían representar dígitos binarios, ", explicó el investigador postdoctoral Hanshen Tsai." Nuestro hallazgo revolucionario es que podemos cambiar un punto de Weyl entre estos estados con una corriente eléctrica externa aplicada a las delgadas capas vecinas de Mn3Sn y platino o tungsteno. Este método se denomina conmutación de par de giro en órbita ".

"Nuestro descubrimiento indica que el fermión de Weyl sin masa perseguido por los físicos se ha encontrado en nuestro imán, y además se puede manipular eléctricamente, "añadió Nakatsuji.

Gracias a una señal muy grande hecha por Weyl fermions en Mn ₃ Sn, es posible la detección de la conmutación de par de giro en órbita. La tasa de conmutación que corresponde a la rapidez con la que se puede escribir o leer la memoria basada en dicha tecnología es del orden de billones de veces por segundo, o terahercios. La memoria de computadora de alta gama actual cambia unos miles de millones de veces por segundo, o gigahercios. Entonces, cuando se da cuenta, podría dar lugar a un gran salto en el rendimiento, pero aún queda camino por recorrer.

"Hubo dos grandes desafíos en nuestro estudio. Uno fue optimizar la síntesis de Mn ₃ Sn películas delgadas. El otro estaba averiguando el mecanismo de conmutación, "dijo Higo." Estamos emocionados no solo porque encontramos algunos fenómenos interesantes, pero porque podemos esperar que nuestros hallazgos puedan tener aplicaciones importantes en el futuro. Al crear nuevos materiales, descubrimos nuevos fenómenos que pueden conducir a nuevos dispositivos. Nuestra investigación está llena de sueños ".

El estudio se publica en Naturaleza .