Una figura de mérito, definido como la relación entre el campo crítico HC y la densidad de corriente crítica JC para manipular la estructura magnética, en función del espesor de la capa magnética para antiferromagnet no colineal (NC-AFM) como se ve en este estudio. También se muestra aquí un ferromagnet colineal (C-Ferro) y un ferrimagnet (C-Ferri) previamente estudiados. Crédito:S. Fukami
Investigadores de la Universidad de Tohoku y la Agencia de Energía Atómica de Japón (JAEA) han descubierto un nuevo fenómeno espintrónico:una rotación persistente de la estructura de espín quiral.
Su descubrimiento fue publicado en la revista Materiales de la naturaleza el 13 de mayo 2021.
Investigadores de la Universidad de Tohoku y JAEA estudiaron la respuesta de la estructura de espín quiral de un antiferromagnet Mn no colineal 3 Sn película delgada a inyección de espín de electrones y descubrió que la estructura de espín quiral muestra una rotación persistente en el campo magnético cero. Es más, su frecuencia puede sintonizarse mediante la corriente aplicada.
"El control eléctrico de la estructura magnética ha sido de gran interés en la comunidad de la espintrónica durante el último cuarto de siglo. El fenómeno que se muestra aquí proporciona un esquema muy eficiente para manipular estructuras magnéticas, ofreciendo nuevas oportunidades de aplicación, como osciladores, generadores de números aleatorios, y memoria no volátil, "dijo el profesor Shunsuke Fukami, quien encabezó el proyecto.
La Figura 1 compara la eficiencia de manipular la estructura magnética en un antiferromagnet no colineal, como se ve en el presente trabajo, con los reportados para otros sistemas de materiales. La rotación de espín quiral inducida por la corriente es mucho más eficiente incluso para capas magnéticas gruesas por encima de 20 nm.
Los esquemas de la rotación de espín quiral, así como la configuración experimental, se muestran en la figura 2.
Un esquema del experimento y la rotación persistente de espín quiral encontrado en este estudio. Crédito:S. Fukami
Los investigadores utilizaron una heteroestructura de alta calidad que consta de antiferromagnet Mn no colineal. 3 Sn intercalado entre los metales pesados W / Ta y Pt. Ellos revelaron que cuando se aplica una corriente a la heteroestructura, la estructura de espín quiral gira persistentemente a un campo magnético cero debido al par que se origina en la corriente de espín generada en los metales pesados. Mientras tanto, la frecuencia de rotación, normalmente por encima de 1 GHz, depende de la corriente aplicada.
La espintrónica es un campo interdisciplinario, donde los grados de libertad de electrones eléctricos y magnéticos se utilizan simultáneamente, permitiendo una manipulación eléctrica de la estructura magnética. Los esquemas representativos establecidos hasta ahora se resumen en la figura 3.
Conmutación de magnetización, transición de fase magnética, oscilación, y resonancia se han observado en ferromagnetos, que son prometedoras ya que pueden conducir a la realización de dispositivos funcionales en la memoria no volátil, Comunicación inalámbrica, etcétera.
Ejemplos representativos de control eléctrico del magnetismo. Crédito:S. Fukami
Adicionalmente, en antiferromagnetos, La rotación de 90 grados del vector Néel en sistemas colineales y el cambio de 180 grados de estructuras de espín quiral en sistemas no colineales se han observado recientemente. La rotación persistente de espín quiral en el trabajo actual es totalmente diferente de todos los fenómenos encontrados anteriormente y, por lo tanto, debería abrir un nuevo horizonte para la investigación de la espintrónica.
"La información obtenida no solo es interesante en términos de física y ciencia de los materiales, sino que también es atractiva para aplicaciones de dispositivos funcionales, "agregó el Dr. Yutaro Takeuchi, el primer autor del artículo. "Nos gustaría mejorar aún más la técnica del material y el dispositivo en un futuro cercano y demostrar nuevos dispositivos funcionales como el oscilador sintonizable y el generador de números aleatorios verdaderos de alta calidad".
