Conmutación de baja temperatura para x =0.31 (a), 0,34 (b), y 0.35 (c) ilustra la estabilidad y la respuesta mejorada mientras se sale del valor x =1/3. Se presenta una ilustración de la red de hierro para los regímenes relevantes:vacantes (a), estequiométrico (b), e intersticiales (c). Crédito:Maniv et al.
Durante la última década más o menos, físicos e ingenieros han estado tratando de identificar nuevos materiales que podrían permitir el desarrollo de dispositivos electrónicos más rápidos, más pequeño y más robusto. Esto se ha vuelto cada vez más crucial, ya que las tecnologías existentes están hechas de materiales que se acercan gradualmente a sus límites físicos.
La espintrónica antiferromagnética (AFM) son dispositivos o componentes para la electrónica que acoplan una corriente de carga que fluye a la "textura" de espín ordenada de materiales específicos. En física, el término espín se refiere al momento angular intrínseco observado en electrones y otras partículas.
El desarrollo exitoso de la espintrónica AFM podría tener implicaciones muy importantes, ya que podría conducir a la creación de dispositivos o componentes que superen la ley de Moore, un principio introducido por primera vez por el fabricante de microchips Gordon Earle Moore. La ley de Moore esencialmente establece que la memoria, Se puede esperar que la velocidad y el rendimiento de las computadoras se dupliquen cada dos años debido al aumento en la cantidad de transistores que puede contener un microchip.
Si bien las tecnologías actuales están llegando a sus límites físicos, La espintrónica AFM podría superar significativamente a los dispositivos existentes tanto en velocidad como en rendimiento, llegando mucho más allá de la ley de Moore. A pesar de sus cualidades ventajosas, Hasta ahora, encontrar materiales con las características exactas necesarias para fabricar espintrónica AFM ha demostrado ser un gran desafío.
Investigadores del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley, UC Berkeley y el Laboratorio Nacional de Alto Campo Magnético en Tallahassee han identificado recientemente un nuevo material cuántico (Fe 1/3 + δ Oficina nacional de normas 2 ) que podría utilizarse para fabricar dispositivos espintrónicos AFM. En sus artículos más recientes, publicado en Avances de la ciencia y Física de la naturaleza , demostraron la viabilidad de utilizar este material para dos aplicaciones de espintrónica AFM.
"El trabajo publicado en Avances de la ciencia fue motivado por nuestra publicación anterior, que demostró conmutación antiferromagnética en los compuestos basados en dicalcogenuro de metales de transición intercalados (TMD) por primera vez, "James G. Analytis, uno de los investigadores que realizó el estudio, dijo Phys.org. "En nuestro otro estudio reciente, presentado en Física de la naturaleza , demostramos que estos mismos materiales tienen un enorme 'sesgo de intercambio', una propiedad que se puede utilizar para válvulas de giro para garantizar que el transporte de giro en dispositivos espintrónicos se desplace en una dirección pero no en otra ".
Analytis y sus colegas descubrieron que las densidades de corriente ultrabajas permitían una conmutación eléctrica muy estable en los TMD, que se han mostrado muy prometedores para el desarrollo de nuevas tecnologías. En comparación con otros sistemas antiferromagnéticos conmutables conocidos, De hecho, estos materiales exhibieron características adicionales como una saturación de un solo pulso y una energía de activación significativamente menor (dos órdenes de magnitud menor).
Los investigadores no estaban seguros de por qué estos materiales exhibían estas extraordinarias características de conmutación. Una observación que pensaron que podría ayudarlos a resolver este acertijo fue que los materiales presentaban una fase magnética desordenada adicional, conocido como vidrio giratorio, que coexistió con la fase antiferromagnética.
"Nuestra investigación en curso muestra que la coexistencia de esta fase está muy influenciada por el valor de intercalación del hierro, y consecuentemente, determina cómo responderá este sistema a la inyección de pulsos eléctricos de CC, "Eran Maniv, el autor principal del proyecto, dijo Phys.org. "Nuestros nuevos datos mostraron que el cambio se pronuncia solo cuando las dos fases coexisten y se suprime significativamente cuando la fase de vidrio de giro está ausente".
El objetivo clave de los estudios recientes de los investigadores fue comprender cómo la coexistencia de las fases de vidrio giratorio y antiferromagnético en los dicalcogenuros de metales de transición podría afectar sus capacidades de conmutación eléctrica. Más específicamente, Analytis, Maniv y sus colegas esperaban revelar la física detrás del mecanismo que mejora la conmutación antiferromagnética en estos materiales.
Un vidrio giratorio es un sistema magnético que exhibe interacciones magnéticas conflictivas y distribuidas aleatoriamente. Podría describirse aproximadamente como un imán desordenado. El estado del vidrio giratorio, que los investigadores observaron en dicalcogenuros de metales de transición, no está presente en los sistemas antiferromagnéticos conmutables existentes.
"A diferencia de un ferromagnet o un antiferromagnet donde los espines apuntan en direcciones específicas, puntos de giro de un vaso giratorio, de media, en todas direcciones, "Analytis dijo." Sin embargo, los giros de un vaso giratorio todavía están pegados entre sí, al igual que los giros de un ferromagnet o un AFM. Esto los hace moverse juntos posibilitando las llamadas dinámicas colectivas. El origen del nuevo y mejorado mecanismo de conmutación que observamos radica en la dinámica colectiva de un vidrio giratorio ".
Maniv, Analytis y sus colegas encontraron que cuando se inyecta un pulso de corriente eléctrica en un vidrio giratorio, sus giros rotan colectivamente. Este fenómeno ocurre debido a la naturaleza desordenada de la fase vítrea, lo que permite que los giros congelados giren al unísono sin ningún costo adicional de energía.
Los investigadores observaron que el movimiento colectivo del vidrio giratorio puede impartir un par de giro en la fase antiferromagnética coexistente. que finalmente gira los giros de un AFM, de modo que sus dominios apunten predominantemente en una dirección. La rotación colectiva de los giros es el mecanismo clave detrás del cambio mejorado exhibido por los TMD. Curiosamente, Los investigadores encontraron que la interacción entre el vidrio giratorio y las fases AFM también da lugar al sesgo de intercambio gigante informado en su artículo reciente publicado en Nature Physics.
"Esta conmutación antiferromagnética, mostrando dominios rotados de pulso único con alta eficacia, nunca se ha observado, hasta ahora, "Maniv dijo." La capacidad de controlar y mejorar significativamente la conmutación antiferromagnética altamente deseable es un gran avance en las tecnologías relacionadas con la espintrónica. Es más, revelar este efecto en el rico material de juego de los TMD permitirá futuros estudios de temperatura ambiente y características mejoradas ".
Notablemente, el nuevo sistema magnético y conmutable identificado por Analytis y sus colegas tiene una dinámica ultrarrápida, es resistente a los campos magnéticos y también se activa a densidades de corriente más bajas que cualquier material conocido. La respuesta de este sistema a los pulsos eléctricos permite estados de conmutación y activación de pulso único altamente eficientes que son mucho más estables y potentes que los observados en otros materiales antiferromagnéticos conocidos.
"Una de nuestras observaciones más llamativas fue la posible presencia de los" modos Halperin-Saslow (HS) "teóricamente predichos (es decir, girar ondas en un vaso giratorio), ", Dijo Maniv." Se predice que estas ondas de giro se forman en ciertas fases de vidrio de giro y están directamente relacionadas con el movimiento colectivo global habilitado por pulsos de corriente eléctrica ".
Los modos HS son modos hidrodinámicos que los físicos Halperin y Saslow predijeron que existirían en los vidrios giratorios. Si bien Analytis y sus colegas no observaron estos modos directamente, encontraron pistas que podrían allanar el camino hacia su realización experimental. Este es un hallazgo particularmente interesante, ya que los investigadores han estado tratando de observar directamente estos modos durante décadas.
"Ahora tenemos la intención de centrarnos en revelar el vidrio giratorio:modos de onda giratoria (es decir, Modos HS), ", Dijo Analytis." Uno de mis coautores del trabajo, Shannon Haley, ahora está dirigiendo nuevos experimentos para estudiar la conmutación no local en muestras fabricadas con haces de iones enfocados. Adicionalmente, pretendemos estudiar varios TMD intercalados que pueden presentar efectos similares pero a diferentes temperaturas, permitiéndonos acceder a este nuevo mecanismo a temperatura ambiente ".
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