Un nuevo avance de científicos de la Universidad Hebrea muestra cómo se pueden utilizar las “corrientes de espín” para controlar los estados magnéticos en materiales avanzados.
En un nuevo estudio, los investigadores han descubierto una nueva forma de manipular pequeñas estructuras magnéticas conocidas como “skyrmions” (esquirmiones), un descubrimiento que algún día podría conducir a dispositivos de memoria y detección más eficientes en la electrónica del futuro.
Dirigido por profesor asistente Amir Capua y el candidato a doctorado Nirel Bernstein del Instituto de Física Aplicada y el Centro de Nanociancia y Nanotecnología de la Universidad Hebrea, en colaboración con el profesor Wenhong Wang y el Dr. Hang Li de la Universidad Tiangong, el equipo exploró cómo se comportan los esquirmiones en un material magnético especial llamado Fe₃Sn₂ (estaño de hierro).
Ya se sabe que este material es prometedor para su uso en tecnologías avanzadas porque mantiene estables los esquirmiones incluso a temperaturas extremas, un requisito clave para los dispositivos prácticos.
¿Qué son los esquirmiones y por qué son importantes?
Los esquirmiones son remolinos magnéticos ultrapequeños y estables que pueden existir en ciertos materiales. Debido a que se pueden manipular con muy poca energía, se están estudiando como bloques de construcción para futuros sistemas de memoria y computación de baja potencia.
El equipo descubrió que al enviar corrientes eléctricas a través de Fe₃Sn₂, podían excitar ciertos tipos de “resonancias” en los esquirmiones, esencialmente haciéndolos vibrar de maneras muy específicas. Estas vibraciones, o “modos”, se detectaron utilizando técnicas ópticas avanzadas que observan los cambios en tiempo real.
Curiosamente, solo se activaron dos tipos de movimiento: un modo de “respiración” (que se expande y se contrae como los pulmones) y un movimiento de rotación. Esto confirmó las predicciones científicas anteriores y sugiere que el Fe₃Sn₂ se comporta de manera diferente a otros materiales magnéticos.
Se ha detectado un nuevo tipo de corriente de espín
Los investigadores también notaron algo inesperado: el ancho de la señal de resonancia cambiaba cuando aplicaban una corriente constante. Usando simulaciones por computadora, demostraron que este efecto era causado por un “par similar a la amortiguación” que indica la presencia de corrientes polarizadas de espín. Además, se dieron cuenta de que las resonancias de los remolinos magnéticos se excitaban debido al “par espín-órbita” en lugar del más conocido “par de transferencia de espín”.
“Esto nos da una comprensión más profunda de cómo las corrientes de espín interactúan con los materiales magnéticos, especialmente en sistemas donde la estructura magnética interna está frustrada o desordenada”, dijo el profesor asistente Capua.
También encontraron signos de que tanto las estructuras de espín en el espacio real como en el espacio de momento juegan un papel en la forma en que los electrones y los espines se mueven a través del material, lo que ofrece nuevas pistas sobre cómo controlar las señales eléctricas en futuros dispositivos.
¿Por qué es importante?
Esta investigación no solo revela una nueva física detrás de los efectos de par de espín, sino que también abre posibilidades para usar resonancias de esquirmiones como detectores altamente sensibles de corrientes de espín, algo que podría beneficiar el almacenamiento de datos, la computación neuromórfica y las tecnologías de sensores.
El estudio destaca cómo la investigación fundamental en magnetismo puede conducir a nuevas herramientas para la electrónica del mañana.
El artículo de investigación titulado “Spin-torque skyrmion resonance in a frustrated magnet”, ya está disponible en Nature Communications.
Investigadores:
Nirel Bernstein1, Hang Li2,3, Benjamin Assouline1, Yong-Chang Lau3,4, Igor Rozhansky1,5, Wenhong Wang2, Amir Capua1.
Instituciones:
1) Departamento de Física Aplicada, Universidad Hebrea de Jerusalem.
2) Escuela de Ingeniería Electrónica e Informática, Universidad de Tiangong.
3) Laboratorio Nacional de Pekín de Física de la Materia Condensada, Instituto de Física, Academia China de Ciencias, Beijin.
4) Universidad de la Academia China de Ciencias, Pekín.
5) Instituto Nacional del Grafeno, Universidad de Manchester.
