Figura 1:Los físicos de RIKEN han demostrado un nuevo método para controlar eléctricamente (indicado por E) la magnetización (M) de una capa ferromagnética (banda gris). Implica inyectar momento angular orbital (L, flechas rojas) de una capa no magnética (banda naranja) a la capa ferromagnética, que genera torque orbital (OT), que a su vez hace girar la magnetización. Crédito:Figura adaptada, con permiso, de Ref. 1. Derechos de autor de la Sociedad Estadounidense de Física
El desarrollo de innovadores nanodispositivos magnéticos está un paso más cerca de la realidad gracias a la observación por parte de los físicos de RIKEN de un tipo de rotación que se puede realizar en materiales compuestos por elementos ligeros.
La capacidad de utilizar corrientes eléctricas para girar piezas mecánicas giratorias condujo al desarrollo de motores eléctricos y provocó una explosión en los dispositivos eléctricos. Ahora, los físicos están intentando hacer lo mismo pero a nanoescala. Sin embargo, el desarrollo de nanodispositivos magnéticos innovadores requiere la generación eléctrica eficiente de rotación, o torque.
Generalmente, El par se genera en los sistemas magnéticos al convertir la carga eléctrica en espín utilizando la fuerte interacción espín-órbita de una capa de metales pesados. La corriente de espín resultante se inyecta luego en capas ferromagnéticas adyacentes. Pero los materiales de elementos pesados a menudo son incompatibles con los procesos de producción escalables, y su alta resistencia los hace inadecuados para algunas aplicaciones.
Una propuesta teórica reciente sugirió que el torque podría producirse inyectando un momento angular orbital en capas ferromagnéticas. El momento angular orbital se puede generar pasando una corriente eléctrica a través de materiales de elementos ligeros. Luego se puede convertir en espín mediante la interacción espín-órbita de una capa ferromagnética. Este tipo de torque se llama torque orbital, y puede ser similar en magnitud al par inducido por la inyección de giro.
Ahora, Junyeon Kim, YoshiChika Otani y compañeros de trabajo en el Centro RIKEN para Ciencias de la Materia Emergente, junto a colaboradores internacionales, han realizado una generación de par tan eficiente en sistemas de tres capas compuestos por una capa ferromagnética, una capa de cobre y una alúmina (Al 2 O 3 ) capa.
En este sistema, el momento angular orbital se genera en la interfaz cobre-alúmina y luego es transportado por la capa de cobre a la capa ferromagnética, donde se convierte en giro.
Si bien la eficiencia de generación de par de este sistema rivalizaba con la de los materiales que contienen elementos pesados, la física subyacente es fundamentalmente diferente. El equipo descubrió que la eficiencia de generación de par variaba en dos órdenes de magnitud cuando se usaban diferentes capas ferromagnéticas. Esto es muy diferente del comportamiento de los sistemas de inyección de espín, confirmando que un nuevo tipo de torque está funcionando.
A CoFe / Cu / Al 2 O 3 El sistema de tres capas, el que dio los mejores resultados, mostró una conductividad Hall de giro efectiva, que es proporcional a la eficiencia de generación de par, diez veces más grande que el observado en materiales de elementos pesados. Esta excepcional conductividad de giro se traducirá en un funcionamiento del dispositivo con eficiencia energética y una alta ciclabilidad gracias a una menor producción de calor residual. Estos resultados amplían las opciones de materiales para nanodispositivos magnéticos, prometedoras eficiencias notables y la posibilidad de producción en masa.
