Después de aplicar un voltaje externo, Los iones de litio fluyen a través del transistor de reducción-oxidación y alcanzan la película de magnetita inferior, alterando su concentración de portador de carga y modificando la orientación de los espines de Fe. Crédito:Tohru Higuchi, Universidad de Ciencias de Tokio
Durante las últimas décadas, la electrónica convencional ha alcanzado rápidamente sus límites técnicos en la informática y la tecnología de la información, pidiendo dispositivos innovadores que vayan más allá de la mera manipulación de la corriente de electrones. A este respecto, espintrónica, el estudio de dispositivos que explotan el "espín" de los electrones para realizar funciones, es una de las áreas más candentes de la física aplicada. Pero, medición, alterando y, en general, trabajar con esta propiedad cuántica fundamental no es tarea fácil.
Dispositivos espintrónicos actuales, por ejemplo, Uniones de túneles magnéticos:sufren limitaciones como el alto consumo de energía, bajas temperaturas de funcionamiento, y severas limitaciones en la selección de materiales. Para tal fin, un equipo de científicos de la Universidad de Ciencias de Tokio y el Instituto Nacional de Ciencia de Materiales (NIMS), Japón, ha publicado recientemente un estudio en ACS Nano , en el que presentan una estrategia sorprendentemente simple pero eficiente para manipular el ángulo de magnetización en magnetita (Fe 3 O 4 ), un material ferromagnético típico. El equipo fabricó un transistor de reducción-oxidación ("redox") totalmente sólido que contiene una película delgada de Fe 3 O 4 sobre óxido de magnesio y un electrolito de silicato de litio dopado con circonio (Fig. 1). La inserción de iones de litio en el electrolito sólido hizo posible lograr la rotación del ángulo de magnetización a temperatura ambiente y cambiar significativamente la densidad del portador de electrones. El profesor asociado Tohru Higuchi de la Universidad de Ciencias de Tokio, uno de los autores de este artículo publicado, dice "Al aplicar un voltaje para insertar iones de litio en un electrolito sólido en un ferromagnético, Hemos desarrollado un dispositivo espintrónico que puede rotar la magnetización con un menor consumo de energía que en la rotación de magnetización mediante inyección de corriente de espín. Esta rotación de magnetización es causada por el cambio de acoplamiento espín-órbita debido a la inyección de electrones en un ferromaimán ".
A diferencia de los intentos anteriores que se basaban en el uso de fuertes campos magnéticos externos o en la inyección de corrientes adaptadas al espín, el nuevo enfoque aprovecha una reacción electroquímica reversible. Después de aplicar un voltaje externo, Los iones de litio migran desde el electrodo superior de óxido de cobalto de litio y a través del electrolito antes de alcanzar el Fe magnético. 3 O 4 capa. Estos iones luego se insertan en la estructura de magnetita, formando Li X Fe 3 O 4 y provocar una rotación medible en su ángulo de magnetización debido a una alteración en los portadores de carga.
El cambio en el ángulo de magnetización se vuelve notable bajo voltajes externos superiores a 0,7 V, produciendo un cambio reversible de aproximadamente 10 °. A tensiones superiores a 1,2 V, la rotación es más pronunciada pero se vuelve irreversible debido a cambios estructurales permanentes en la fase de magnetita. Crédito:Tohru Higuchi, Universidad de Ciencias de Tokio
Este efecto permitió a los científicos cambiar reversiblemente el ángulo de magnetización en aproximadamente 10 °. Aunque se logró una rotación mucho mayor de 56 ° aumentando aún más el voltaje externo, encontraron que el ángulo de magnetización no se podía cambiar completamente hacia atrás (Fig. 2). "Determinamos que esta rotación del ángulo de magnetización irreversible fue causada por un cambio en la estructura cristalina de la magnetita debido a un exceso de iones de litio, "explica Higuchi, "Si pudiéramos suprimir esos cambios estructurales irreversibles, podríamos lograr una rotación de magnetización considerablemente mayor ".
El nuevo dispositivo desarrollado por los científicos representa un gran paso en el control de la magnetización para el desarrollo de dispositivos espintrónicos. Es más, la estructura del dispositivo es relativamente simple y fácil de fabricar. Dr. Takashi Tsuchiya, Investigador principal en NIMS, el autor correspondiente del estudio dice, "Controlando la dirección de magnetización a temperatura ambiente debido a la inserción de iones de litio en Fe 3 O 4 , hemos hecho posible operar con un consumo de energía mucho menor que la rotación de magnetización mediante inyección de corriente de giro. El elemento desarrollado opera con una estructura simple ".
Creación de dispositivos de memoria espintrónica de alta densidad con gran capacidad e incluso dispositivos neuromórficos que imitan sistemas neuronales biológicos. Crédito:Universidad de Ciencias de Tokio
Aunque queda mucho por hacer para aprovechar al máximo este nuevo dispositivo, El inminente auge de la espintrónica sin duda desbloqueará muchas aplicaciones novedosas y poderosas. "En el futuro, intentaremos conseguir una rotación de 180 ° en el ángulo de magnetización, "dice el Dr. Kazuya Terabe, Investigador principal del Centro Internacional de Nanoarquitectónica de Materiales del NIMS y coautor del estudio, "Esto nos permitiría crear dispositivos de memoria espintrónica de alta densidad con gran capacidad e incluso dispositivos neuromórficos que imitan los sistemas neuronales biológicos". Algunas otras aplicaciones de la espintrónica se encuentran en el codiciado campo de la computación cuántica.
¡Solo el tiempo dirá qué nos depara esta tecnología de vanguardia!
