Un equipo de investigadores de la Universidad Técnica de Munich, el Instituto Walther-Meissner de la Academia de Ciencias y Humanidades de Baviera, y la Universidad Noruega de Ciencia y Tecnología en Trondheim ha descubierto un método interesante para controlar el giro transportado por excitaciones de ondas de giro cuantificadas en aislantes antiferromagnéticos.

Las partículas elementales llevan un momento angular intrínseco conocido como su espín. Por un electrón, el giro puede tomar solo dos valores particulares en relación con un eje de cuantificación, dejándonos denotarlos como electrones spin-up y spin-down. Este valor intrínseco de dos valores del espín del electrón es el núcleo de muchos efectos fascinantes en la física.

En la tecnología de la información actual, el espín de un electrón y el momento magnético asociado se explotan en aplicaciones de almacenamiento de información y lectura de medios magnéticos, como discos duros y cintas magnéticas.

Antiferromagnetos:¿futuras estrellas en almacenamiento de datos magnéticos?

Ambos, los medios de almacenamiento y los sensores de lectura utilizan materiales ordenados ferromagnéticamente, donde todos los momentos magnéticos se alinean en paralelo. Sin embargo, los momentos pueden orientarse de una manera más compleja. En antiferromagnetos, el antagonista de un ferromagnet, los momentos vecinos se alinean de forma antiparalela. Si bien estos sistemas parecen "no magnéticos" desde el exterior, han atraído una gran atención ya que prometen robustez frente a campos magnéticos externos y un control más rápido. Por lo tanto, se les considera como los nuevos niños en el bloque para aplicaciones en almacenamiento magnético y computación no convencional.

Una pregunta importante en este contexto es, si la información puede transportarse y detectarse en antiferromagnetos y cómo. Investigadores de la Universidad Técnica de Munich, el Instituto Walther-Meissner y la Universidad Noruega de Ciencia y Tecnología en Trondheim estudiaron la hematita aislante antiferromagnética a este respecto.

En este sistema, los portadores de carga están ausentes y, por lo tanto, es un banco de pruebas particularmente interesante para la investigación de aplicaciones novedosas, donde uno apunta a evitar la disipación por una resistencia eléctrica finita. Los científicos descubrieron un nuevo efecto exclusivo del transporte de excitaciones antiferromagnéticas, lo que abre nuevas posibilidades para el procesamiento de información con antiferromagnetos.

Desencadenando la pseudospin en antiferromagnetos

Dr. Matthias Althammer, el investigador principal del proyecto describe el efecto de la siguiente manera:"En la fase antiferromagnética, los giros vecinos se alinean de forma antiparalela. Sin embargo, hay excitaciones cuantificadas llamadas magnones. Aquellos llevan información codificada en su giro y pueden propagarse en el sistema. Debido a las dos especies de espín acopladas en antiparalelo en el antiferromaimán, la excitación es de naturaleza compleja, sin embargo, sus propiedades se pueden lanzar en un efecto efectivo, un pseudospin. Podríamos demostrar experimentalmente que podemos manipular este pseudospin, y su propagación con un campo magnético ".

Dr. Akashdeep Kamra, el teórico principal de NTNU en Trondheim agrega que "este mapeo de las excitaciones de un antiferromagnet en una pseudospin permite una comprensión y un enfoque poderoso que ha sido la base crucial para tratar los fenómenos de transporte en los sistemas electrónicos. En nuestro caso, esto nos permite describir la dinámica del sistema de una manera mucho más sencilla, pero aún mantener una descripción cuantitativa completa del sistema. Más importante, los experimentos proporcionan una prueba de concepto para el pseudopin, un concepto que está estrechamente relacionado con la mecánica cuántica fundamental ".

Liberando todo el potencial de los magnones antiferromagnéticos

Esta primera demostración experimental de la dinámica de la pseudoespina magnon en un aislante antiferromagnético no solo confirma las conjeturas teóricas sobre el transporte magnon en antiferromagnets, pero también proporciona una plataforma experimental para expandirse hacia ricos fenómenos inspirados en la electrónica.

"Es posible que podamos realizar cosas nuevas y fascinantes, como el análogo magnón de un aislante topológico en materiales antiferromagnéticos", señala Rudolf Gross, director del Instituto Walther-Meissner, Profesor de Física Técnica (E23) en la Universidad Técnica de Múnich y co-ponente del cluster de excelencia Centro de Ciencia y Tecnología Cuántica de Múnich (MCQST). "Nuestro trabajo proporciona una perspectiva interesante para las aplicaciones cuánticas basadas en magnones en antiferromagnetos".