Las corrientes eléctricas controlan todos nuestros dispositivos electrónicos. El campo emergente de la espintrónica busca reemplazar las corrientes eléctricas con lo que se conoce como corrientes de espín. Los investigadores de la Universidad de Tokio han hecho un gran avance en esta área. Su descubrimiento del efecto Hall de espín magnéticopodría conducir a dispositivos de baja potencia, alta velocidad y alta capacidad. Han creado dispositivos de muestra que pueden investigar más sobre posibles aplicaciones.
"La electricidad iluminó el mundo y la electrónica lo conectó", dice el profesor Yoshichika Otani del Instituto de Física del Estado Sólido. "La espintrónica será el próximo paso adelante en esta procesión y solo podemos imaginar los avances que puede traer".
Entonces, ¿qué es la spintrónica y por qué deberíamos estar emocionados?
"En esencia, la spintrónica se usa para transferir información, algo para lo que siempre hemos usado corrientes eléctricas", continúa Otani, "pero la spintrónica ofrece una amplia gama de ventajas, algunas de las cuales apenas comenzamos a entender".
Actualmente, la eficiencia energética de los dispositivos eléctricos y electrónicos es un factor limitante en el desarrollo tecnológico. El problema radica en la naturaleza de las corrientes eléctricas, el flujo de carga en forma de electrones. A medida que los electrones atraviesan un circuito pierden algo de energía como desechoscalor. La espintrónica mejora la situación: en lugar de movimiento, explota otra propiedad de los electrones para transferir información, su momento angular o "giro".
"En las corrientes de giro, los electrones todavía se mueven, pero mucho menos que en una corriente de carga", explica Otani. "Es el movimiento de los electrones lo que generalmente conduce a la resistencia y al calor residual. A medida que reducimos la necesidad de tanto movimiento de electrones, mejoramos la eficienciadramáticamente."
Para demostrar este fenómeno, los investigadores crearon un nuevo tipo de material llamado 'antiferromagnético no colineal', Mn3Sn, que es un tipo especial de imán. En imanes cotidianos, o ferromagnetos, como los que se encuentran en las puertas de los refrigeradores,los espines de los electrones se alinean en paralelo, lo que confiere al material su efecto magnético. En este antiferromagnético, los espines de los electrones se alinean en arreglos triangulares de modo que no prevalezca una sola dirección y el efecto magnético se suprima efectivamente.
Cuando se alimenta una pequeña corriente eléctrica a Mn3Sn y se le aplica un campo magnético de la manera correcta, los electrones se ordenan a sí mismos de acuerdo con su giro y los flujos de corriente eléctrica. Este es el efecto Hall del giro magnético, y el proceso puedese invierte con el efecto Hall de giro inverso magnético para obtener una corriente eléctrica de una corriente de giro.
En Mn3Sn, los giros por igual tienden a acumularse en la superficie del material, por lo que se corta en capas delgadas para maximizar su área de superficie y, por lo tanto, la capacidad de corriente de giro que transporta una muestra. Los investigadores ya han incorporado este material en un dispositivo funcional parasirven como banco de pruebas para posibles aplicaciones y están entusiasmados con las perspectivas.
"La eficiencia energética en los sistemas eléctricos es suficiente para despertar el interés de algunos, pero el uso de antiferromagnéticos para generar corrientes de giro también podría mejorar otros aspectos de la tecnología", dice Otani. "Los antiferromagnéticos se miniaturizan más fácilmente, operan a frecuencias más altas y se empacanmás densamente que los ferromagnetos "
¿Pero cómo se traducen estas ideas en aplicaciones?
"La miniaturización significa que los dispositivos espintrónicos podrían convertirse en microchips", continúa Otani. "Las frecuencias altas significan que los chips espintrónicos pueden superar a los electrónicos en la velocidad de operación, y una mayor densidad conduce a una mayor capacidad de memoria. También mejora la baja disipación en las corrientes de espín a temperaturas ambiente.eficiencia energética aún más ".
Los dispositivos basados en el efecto Hall de giro tradicional ya existen en la investigación de spintronics, pero el efecto Hall de giro magnético y los nuevos materiales utilizados podrían mejorar enormemente todo tipo de tecnología.
"Todavía hay mucho trabajo por hacer, incluida la exploración de los principios subyacentes detrás del fenómeno que investigamos", concluye Otani. "Impulsados por misterios de materiales exóticos, estoy encantado de ser parte de esta revolución tecnológica".
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Materiales proporcionados por Universidad de Tokio . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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