Una ilustración muestra la carga no convencional a la transducción de espín en un material cuántico con estructura cristalina de baja simetría. (Izquierda) Un modelo que muestra la estructura cristalina de WTe2 , donde el eje a y el eje b están etiquetados. El cristal es invariante (no invariante) en una operación de espejo bc (ac). (Arriba a la derecha) Cuando se aplica una corriente de carga (que se muestra con una flecha amarilla) a lo largo del eje b, solo hay un componente en el plano de la polarización de espín, como se muestra con las flechas verdes. (Abajo a la derecha) Por otro lado, cuando se aplica una corriente de carga a lo largo del eje a, hay un componente fuera del plano de la polarización de espín, como lo muestran las flechas verdes. Esta corriente de espín orientada fuera del plano se utiliza para cambiar la magnetización en este trabajo. Crédito:Universidad Carnegie Mellon
Cuando los candidatos a doctorado de la Universidad Carnegie Mellon, I-Hsuan Kao y Ryan Muzzio, comenzaron a trabajar juntos, se encendió un interruptor. Entonces apagado.
Trabajando en el Laboratorio del Departamento de Física para la Investigación de Materiales, Interfaces y Dispositivos Cuánticos (LIQUID), Kao, Muzzio y otros socios de investigación pudieron mostrar una prueba de concepto de que pasar una corriente eléctrica a través de un nuevo material bidimensional podría controlar la estado magnético de un material magnético vecino sin necesidad de aplicar un campo magnético externo.
El innovador trabajo, que fue publicado en Nature Materials en junio y tiene una patente relacionada pendiente, tiene aplicaciones potenciales para el almacenamiento de datos en productos de consumo como cámaras digitales, teléfonos inteligentes y computadoras portátiles.
"Lo que estamos haciendo aquí es utilizar materiales ultrafinos, a menudo del grosor de unos pocos átomos, y apilarlos uno encima del otro para crear dispositivos de alta calidad", dijo Kao (derecha), quien fue el primer autor del artículo. /P>
Simranjeet Singh, profesor asistente de física y Jyoti Katoch, profesor asistente de física, supervisan LIQUID Group, que investiga las propiedades físicas intrínsecas de materiales cuánticos bidimensionales como el ditellurida de tungsteno (WTe2 ) y sus propiedades electrónicas y relacionadas con el espín.
"Los giros y el magnetismo están en todas partes a nuestro alrededor", dijo Singh. "Los átomos se configuran de una manera particular en una red atómica que a su vez dicta las propiedades del material. Para WTe2 , tiene una estructura cristalina de baja simetría que nos permite generar un tipo especial de corriente de espín mediante la aplicación de un campo eléctrico".
La forma en que se configuran los átomos en WTe2 permite una corriente de espín orientada fuera del plano que, a su vez, puede usarse para controlar el estado de magnetización de un imán. Singh dijo que para cambiar el estado magnético (hacia arriba o hacia abajo) de la mayoría de los materiales magnéticos utilizando la corriente de espín estudiada hasta ahora, se aplica un campo magnético horizontal o en el plano. Tener un material que pueda cambiar el magnetismo sin la necesidad de un campo magnético externo puede conducir a dispositivos lógicos y de almacenamiento de datos de bajo consumo.
El trabajo podría aplicarse a dispositivos de memoria magnetorresistiva de acceso aleatorio (MRAM), que tienen el potencial de realizar bits de almacenamiento de datos de alta velocidad y densamente empaquetados mientras usan menos energía.
"La gente ya puede hacer esto, puede tomar un material, aplicar un campo eléctrico para generar una corriente de espín orientada en el plano y usarla para cambiar la magnetización de un estado alto a un estado bajo o viceversa, pero requiere un estado externo. campo magnético", dijo Muzzio (izquierda). "Esto se reduce a encontrar un material que tenga la propiedad intrínseca que incluye romper la simetría".
Kao aportó experiencia en magnetismo, mientras que Muzzio entendió cómo construir los dispositivos y estudió el comportamiento de los electrones en los sistemas materiales. Para demostrar que el comportamiento era reproducible, Kao y Muzzio crearon más de 20 dispositivos durante dos años.
Los dispositivos simples son minúsculos y permiten que un interruptor se gire hacia arriba o hacia abajo, piénselo como ceros y unos en binario, dijo Kao. Si bien los dispositivos pueden tener entre 3 y 50 micrones de largo o ancho, el grosor es más pequeño que 1/200 de un cabello humano.
"Solo hemos arañado la superficie de lo que este material puede hacer", dijo Muzzio. "Hay mucho más espacio de parámetros para que exploremos y muchas maneras de utilizar este material. Esto es solo el comienzo". Un motor de cuatro tiempos para átomos
