Cuando haces que los cables conductores sean más delgados, su resistencia eléctrica aumenta. Esta es la ley de Ohm, y generalmente es correcta. Una excepción importante es a temperaturas muy bajas, donde la movilidad de los electrones aumenta cuando los cables se vuelven tan delgados que son efectivamente bidimensionales. Ahora, físicos de la Universidad de Groningen, junto con colegas de la Universidad de Brest, han observado que algo similar sucede con la conductividad de los magnones, ondas de espín que viajan a través de aisladores magnéticos, como una onda a través de un estadio. El aumento de la conductividad fue espectacular y se produjo a temperatura ambiente. Esta observación fue publicada en Nature Materials el 22 de septiembre.

Los electrones tienen un momento magnético, llamado espín, que tiene un valor de "arriba" o "abajo". Es posible acumular un tipo de espín enviando una corriente a través de un metal pesado, como el platino. Cuando esos espines transportados por electrones se encuentran con el aislante magnético YIG (granate de hierro itrio), los electrones no pueden pasar. Sin embargo, en la interfaz con YIG, la excitación del espín se transmite:los magnones (que también pueden transportar el espín) se excitan. Estas ondas de espín pasan a través del aislante magnético como una onda en un estadio:ninguno de los electrones (los "espectadores") se mueve de su lugar, pero sin embargo pasan la excitación de espín. En el electrodo detector ocurre el proceso inverso:los magnones hacen giros electrónicos, que luego producen un voltaje eléctrico que se puede medir, explica Bart van Wees, profesor de Física Aplicada en la Universidad de Groningen y especialista en campos como la espintrónica.

Motivado por el aumento de la movilidad de los electrones en los materiales 2D, su grupo decidió probar el transporte de magnones en películas YIG ultrafinas (nanómetros). "Estas películas no son estrictamente materiales 2D, pero cuando son lo suficientemente delgadas, los magnones solo pueden moverse en dos dimensiones", explica Van Wees. Las mediciones, realizadas por Ph.D. el estudiante Xiangyang Wei, produjo un resultado sorprendente:la conductividad del espín aumentó en tres órdenes de magnitud, en comparación con el material a granel YIG.

Efectos dramáticos

Los científicos no usan términos como "gigante" a la ligera, pero en este caso, estaba totalmente justificado, dice Van Wees. "Hicimos el material 100 veces más delgado y la conductividad del magnón aumentó 1000 veces. Y esto no sucedió a bajas temperaturas, como se requiere para una alta movilidad de electrones en conductores 2D, sino a temperatura ambiente". Este resultado fue inesperado y, hasta ahora, inexplicable. Van Wees:"En nuestro artículo damos una explicación teórica tentativa que se basa en la transición del transporte de magnones 3D a 2D. Pero eso no puede explicar completamente los efectos dramáticos que observamos".

Entonces, ¿qué se podría hacer con esta conducción magnónica gigante? "No lo entendemos", dice Van Wees. "Por lo tanto, nuestras afirmaciones actuales son limitadas. Esto está permitiendo la investigación que podría señalar el camino hacia una física nueva aún por descubrir. A la larga, esto también podría producir nuevos dispositivos". El primer autor, Xiangyang Wei, agrega:"Debido a que no hay transporte de electrones involucrado, las ondas de magnón no producen una disipación de calor convencional. Y la producción de calor es un gran problema en dispositivos electrónicos cada vez más pequeños".

Superconductividad

Y como los magnones son bosones (es decir, tienen valores cuánticos de espín enteros), podría ser posible crear un estado coherente comparable a un condensado de Bose-Einstein. Van Wees:"Esto podría incluso producir superconductividad de espín". Todo esto es para el futuro. Por ahora, la conductancia del magnón gigante en YIG está bien documentada. "Las mediciones son claras. Esperamos una buena colaboración de físicos teóricos y experimentadores". + Explora más

Práctico transistor de onda de espín un paso más cerca