Una corriente eléctrica excita la superposición de dos magnones con polarización lineal (indicada por las flechas roja y azul). Después, la energía se transporta a través del aislante antiferromagnético. Esto se puede detectar como voltaje eléctrico. Crédito:Illinois / ©:Andrew Ross, JGU
Ya sea con teléfonos inteligentes, laptops, o mainframes:la transmisión, Procesando, y el almacenamiento de información se basa actualmente en una sola clase de material, como sucedió en los primeros días de la informática hace unos 60 años. Una nueva clase de materiales magnéticos, sin embargo, podría elevar la tecnología de la información a un nuevo nivel. Los aisladores antiferromagnéticos permiten velocidades de computación mil veces más rápidas que la electrónica convencional, con un calentamiento significativamente menor. Los componentes podrían empaquetarse más juntos y los módulos lógicos podrían volverse más pequeños, que hasta ahora se ha visto limitado debido al aumento del calentamiento de los componentes de la corriente.
Transferencia de información a temperatura ambiente
Hasta aquí, el problema ha sido que la transferencia de información en aisladores antiferromagnéticos solo funcionaba a bajas temperaturas. Pero, ¿quién quiere meter sus smartphones en el congelador para poder usarlo? Los físicos de la Universidad Johannes Gutenberg de Mainz (JGU) ahora han podido eliminar esta deficiencia, junto con experimentadores del laboratorio CNRS / Thales, el CEA Grenoble, y el Laboratorio Nacional de Alto Campo en Francia, así como teóricos del Centro de Espintrónica Cuántica (QuSpin) de la Universidad Noruega de Ciencia y Tecnología. "Pudimos transmitir y procesar información en un aislante antiferromagnético estándar a temperatura ambiente, y hacerlo a distancias lo suficientemente largas como para permitir el procesamiento de la información", dijo el científico de JGU Andrew Ross. Los investigadores utilizaron óxido de hierro (α-Fe 2 O 3 ), el principal componente del óxido, como aislante antiferromagnético, porque el óxido de hierro está muy extendido y es fácil de fabricar.
La transferencia de información en aisladores magnéticos es posible gracias a excitaciones de orden magnético conocidas como magnones. Estos se mueven como ondas a través de materiales magnéticos, similar a cómo las olas se mueven a través de la superficie del agua de un estanque después de que se ha arrojado una piedra. Previamente, Se creía que estas ondas debían tener polarización circular para transmitir información de manera eficiente. En óxido de hierro, tal polarización circular ocurre solo a bajas temperaturas. Sin embargo, El equipo de investigación internacional pudo transmitir magnones a distancias excepcionalmente largas incluso a temperatura ambiente. ¿Pero cómo funcionó eso?
"Nos dimos cuenta de que en antiferromagnetos con un solo plano, dos magnones con polarización lineal pueden superponerse y migrar juntos. Se complementan entre sí para formar una polarización aproximadamente circular, "explicó el Dr. Romain Lebrun, investigador del laboratorio conjunto CNRS / Thales en París que anteriormente trabajó en Mainz. "La posibilidad de utilizar óxido de hierro a temperatura ambiente lo convierte en un campo de juego ideal para el desarrollo de dispositivos espintrónicos ultrarrápidos basados en aislantes antiferromagnéticos".
La atenuación extremadamente baja permite una transmisión energéticamente eficiente
Una pregunta importante en el proceso de transferencia de información es qué tan rápido se pierde la información al moverse a través de materiales magnéticos. Esto se puede registrar cuantitativamente con el valor de la amortiguación magnética. "El óxido de hierro examinado tiene una de las atenuaciones magnéticas más bajas que jamás se haya informado en materiales magnéticos, ", explicó el profesor Mathias Kläui del Instituto de Física JGU." Anticipamos que las técnicas de alto campo magnético mostrarán que otros materiales antiferromagnéticos tienen una atenuación igualmente baja, que es crucial para el desarrollo de una nueva generación de dispositivos espintrónicos. Estamos buscando tecnologías magnéticas de baja potencia en una colaboración a largo plazo con nuestros colegas de QuSpin en Noruega y me complace ver que otra pieza de trabajo emocionante surge de esta colaboración ".
La investigación se ha publicado recientemente en Comunicaciones de la naturaleza .
