Un grupo colaborativo de investigadores ha desarrollado potencialmente un medio para controlar las ondas de espín mediante la creación de un patrón hexagonal de discos de cobre sobre un aislante magnético. Se espera que este avance conduzca a una mayor eficiencia y miniaturización de los dispositivos de comunicación en campos como la inteligencia artificial y la tecnología de automatización.
Los detalles del estudio fueron publicados en la revista Physical Review Applied. el 30 de enero de 2024.
En un material magnético, los espines de los electrones están alineados. Cuando estos espines experimentan un movimiento coordinado, generan una especie de onda en el orden magnético, denominada ondas de espín. Las ondas de giro generan poco calor y ofrecen una gran cantidad de ventajas para los dispositivos de próxima generación.
La implementación de ondas de espín en circuitos semiconductores, que convencionalmente dependen de corrientes eléctricas, podría reducir el consumo de energía y promover una alta integración. Dado que las ondas de espín son ondas, tienden a propagarse en direcciones aleatorias a menos que estén controladas por estructuras y otros medios. Por ello, en todo el mundo se están desarrollando de forma competitiva elementos capaces de generar, propagar, superponer y medir ondas de espín.
"Aprovechamos la naturaleza ondulatoria de las ondas de espín para controlar con éxito su propagación directa", señala Taichi Goto, profesor asociado del Instituto de Investigación de Comunicaciones Eléctricas de la Universidad de Tohoku y coautor del artículo. "Lo hicimos desarrollando primero un excelente material aislante magnético llamado película de granate magnético, que tiene bajas pérdidas de onda de giro. Luego, periódicamente colocamos pequeños discos de cobre con diámetros inferiores a 1 mm en esta película".
Al disponer discos de cobre en un patrón hexagonal que recuerda a los copos de nieve, Goto y sus colegas pudieron reflejar eficazmente las ondas de espín. Además, al girar el cristal magnónico (que se muestra en la Figura 2) y cambiar el ángulo de incidencia de las ondas de espín, los investigadores revelaron que la frecuencia a la que se produce la banda prohibida magnónica permanece prácticamente sin cambios en el rango de 10 a 30 grados. Esto sugiere el potencial del cristal magnónico bidimensional para controlar libremente la dirección de propagación de las ondas de espín.
"Hasta la fecha, no ha habido confirmaciones experimentales de cambios en el ángulo de incidencia de la onda de espín de un cristal magnónico bidimensional compuesto por un aislante magnético y discos de cobre, lo que lo convierte en el primer informe del mundo", afirma Goto.
De cara al futuro, el equipo espera demostrar el control de la dirección de las ondas de espín utilizando cristales magnónicos bidimensionales y desarrollar componentes funcionales que utilicen esta tecnología.
Más información: Kanta Mori et al, Modos de cristal magnónico bidimensional dependientes de la orientación en una guía de ondas ferrimagnética de amortiguación ultrabaja que contiene redes hexagonales reposicionadas de discos de Cu, Revisión física aplicada (2024). DOI:10.1103/PhysRevApplied.21.014061
Proporcionado por la Universidad de Tohoku
