La electrónica se basa en el transporte de cargas eléctricas de un lugar a otro. Los electrones se mueven, la corriente fluye y las señales se transmiten aplicando un voltaje eléctrico. Sin embargo, también hay otra forma de manipular corrientes y señales electrónicas:utilizando las propiedades del espín, el momento magnético intrínseco del electrón. Esto se llama "espintrónica" y se ha convertido en un campo cada vez más importante en la investigación electrónica contemporánea.
Un equipo de investigación internacional en el que participan la Universidad Técnica de Viena y la Academia Checa de Ciencias ha logrado un avance importante. Han logrado cambiar los espines de un material antiferromagnético mediante tensión superficial. Esto podría dar lugar a una nueva e importante línea de investigación en tecnologías electrónicas. La investigación se publica en la revista Advanced Functional Materials. .
"Hay diferentes tipos de magnetismo", explica Sergii Khmelevskyi del Centro de Investigación Científica de Viena, TU Wien. "El más conocido es el ferromagnetismo. Ocurre cuando los espines atómicos de un material están todos alineados en paralelo. Pero también existe lo opuesto, el antiferromagnetismo. En un material antiferromagnético, los átomos vecinos siempre tienen espines opuestos". Por lo tanto, sus efectos se anulan entre sí y no se puede detectar ninguna fuerza magnética desde el exterior.
"Sin embargo, en 2010, a los científicos de la Universidad Técnica de Viena y de la Academia Checa de Ciencias se les ocurrió la idea de que estos materiales antiferromagnéticos tienen propiedades prometedoras para aplicaciones espintrónicas", afirma Khmelevskyi. Este fue el comienzo del nuevo campo de investigación de la "espintrónica antiferromagnética", que se ha desarrollado rápidamente desde entonces.
Recientemente, la Universidad Técnica de Viena, el Instituto de Física de la Academia Checa de Ciencias y la Escuela Politécnica de París realizaron un intenso trabajo. El mayor desafío fue que los espines de los materiales antiferromagnéticos son difíciles de manipular, pero encontrar una manera de manipularlos de manera confiable y precisa es crucial. Sólo si los estados magnéticos pueden cambiarse de un estado a otro de manera específica será posible producir células de memoria de computadora (p. ej., MRAM).
Manipular ferroimanes es sencillo:basta con aplicar un campo magnético externo para influir en sus propiedades magnéticas internas. Esto no es posible con los antiferroimanes, pero hay una salida:se puede trabajar con tensión superficial.
Sin embargo, esto requiere tipos de cristales muy específicos. Dependiendo de la geometría y la disposición de los átomos en el cristal, pueden ser posibles varias disposiciones de espín antiferromagnético diferentes. El cristal asume el estado de menor energía. Pero podría darse una situación en la que varios órdenes de giro diferentes tengan la misma energía. Este fenómeno se llama "frustración magnética". "En este caso, pequeñas interacciones, que de otro modo no desempeñarían ningún papel, pueden decidir qué estado magnético adopta el cristal", afirma Khmelevskyi.
Los experimentos con dióxido de uranio han demostrado que se puede utilizar tensión mecánica para comprimir la red cristalina un poquito, y esto es suficiente para cambiar el orden magnético del material.
"Ahora hemos demostrado que los antiferroimanes pueden cambiarse utilizando las propiedades de frustración magnética que existen en muchos materiales conocidos", dice Khmelevskyi. "Esto abre la puerta a muchos desarrollos interesantes en la dirección de la espintrónica antiferromagnética funcional."
Más información: Evgenia A. Tereshina‐Chitrova et al, Cambio impulsado por tensión entre estados antiferromagnéticos en UO2 antiferromagnético frustrado investigado por el efecto de sesgo de intercambio, Materiales funcionales avanzados (2023). DOI:10.1002/adfm.202311895
Proporcionado por la Universidad Tecnológica de Viena
