Una unión de túnel es un dispositivo que consta de dos capas conductoras separadas por una capa aislante. Clásicamente la resistencia para conducir la corriente a través de una capa aislante es infinita; sin embargo, cuando la capa aislante es delgada (~ 1-2 nanómetros), los portadores de carga pueden atravesar la capa aislante, debido a su naturaleza cuántica. Cuando las capas conductoras son magnéticas, una unión de túnel magnético (MTJ), cuya resistencia depende de las configuraciones magnéticas, es obtenido. Los MTJ actuales tienen solo dos estados de resistencia, ya que admiten configuraciones magnéticas paralelas o antiparalelas de las dos capas magnéticas. El MTJ de dos estados ha jugado un papel central en la espintrónica, una rama de la electrónica que utiliza el momento magnético asociado con el espín del electrón además de la carga electrónica utilizada en la electrónica tradicional. Por lo tanto, por ejemplo, el MTJ de dos estados es el componente principal de la memoria magnética de acceso aleatorio (MRAM).

Ahora, investigadores del Departamento de Física y del Instituto de Nanotecnología y Materiales Avanzados de la Universidad de Bar-Ilan, junto a un grupo del Instituto Superior Técnico (IST), Universidade de Lisboa e INESC Microsystems and Nanotechnologies, han introducido un nuevo tipo de MTJ con cuatro estados de resistencia, y demostró con éxito el cambio entre los estados con corrientes de espín. El mayor número de estados se logra reemplazando una de las capas magnéticas con una estructura en forma de dos elipses cruzadas.

"Como se ha demostrado recientemente que las estructuras en forma de N elipses que se cruzan pueden soportar dos elevado a la potencia de 2N estados, los resultados actuales pueden allanar el camino hacia MTJ con un número mucho mayor de estados de resistencia, "dice el profesor Lior Klein, Presidente del Departamento de Física de la Universidad de Bar-Ilan, quien dirigió el grupo Bar-Ilan, incluido el Dr. Shubhankar Das, Ariel Zaig, y Dr. Moty Schultz. La profesora Susana Cardoso lideró el grupo del Instituto Superior Técnico (IST), Universidade de Lisboa e INESC Microsystems and Nanotechnologies, junto con la Dra. Diana C. Leitao. "Tales MTJ pueden habilitar dispositivos espintrónicos novedosos, p.ej., MRAM multinivel que almacena datos de forma mucho más densa, o memoria neuromórfica que cumple con los desafíos de la inteligencia artificial al realizar tareas cognitivas, "agrega Klein.