Se descubre nueva física y aplicación del antiferroimán

El grupo de investigación del profesor Hideo Ohno y el profesor asociado Shunsuke Fukami de la Universidad de Tohoku ha estudiado el control de la magnetización mediante una corriente aplicada a heteroestructuras que comprenden un antiferroimán. Descubrieron que la corriente da lugar a un flujo de espín electrónico en el antiferroimán, lo que induce una conmutación de magnetización en un ferroimán vecino.

Los resultados obtenidos arrojan luz sobre una nueva física del antiferromagnético y también abren varios caminos hacia circuitos integrados de potencia ultrabaja y otras aplicaciones novedosas como computación neuromórfica.

Se espera que los dispositivos espintrónicos que pueden almacenar información a través de la dirección de magnetización sin suministro de energía realicen circuitos integrados de potencia ultrabaja. Una cuestión clave para la aplicación es cómo lograr una conmutación de magnetización rápida y confiable con bajo consumo de energía.

Recientemente, un esquema de conmutación que utiliza el flujo de espín del electrón, la llamada corriente de giro, que se origina en la interacción órbita-giro, ha atraído mucha atención como un nuevo método para lograr un control rápido y confiable de la magnetización. Este esquema se ha observado en heteroestructuras que normalmente consisten en ferromagnético y una capa de metal pesado no magnético y se denomina conmutación de magnetización inducida por par de órbita de espín.

El grupo de investigación investigó la conmutación inducida por el par de la órbita de espín en un sistema bicapa antiferromagnético-ferromagnético. Hasta ahora, el movimiento del espín de los electrones en materiales antiferromagnéticos no se ha estudiado bien. Fabricaron dispositivos de conmutación a partir de una pila con un PtMn antiferromagnético y una multicapa ferromagnética de Co/Ni, y evaluaron eléctricamente las propiedades de conmutación a temperatura ambiente. Descubrieron que la corriente que fluye en el antiferroimán genera un par de órbita de espín lo suficientemente grande como para inducir el cambio de magnetización en el ferroimán vecino.

Es de destacar que, mientras que la conmutación de par de órbita de espín en sistemas bicapa no magnéticos-ferromagnéticos estudiados previamente requiere un campo externo en el plano, el sistema actual permite la conmutación sin campo debido a una propiedad única que surge en la interfaz antiferromagnético-ferromagnético.

Además, descubrieron que en estructuras de apilamiento específicas, la porción invertida de la magnetización se puede controlar de manera análoga mediante la magnitud de la corriente aplicada, y esta característica también se puede atribuir a la naturaleza del antiferroimán.

Este trabajo es significativo tanto desde el punto de vista de la física como de la aplicación. En términos de física, los resultados obtenidos permiten una comprensión más profunda de los fenómenos antiferromagnéticos y de transporte de espín, como el efecto Hall topológico. En términos de aplicación, la conmutación sin campo externo lograda en este trabajo es prometedora para la implementación de dispositivos de torsión de órbita giratoria para futuros sistemas de potencia ultrabaja. circuitos integrados. Además, dado que el comportamiento analógico observado aquí se asemeja a la forma de funcionamiento de las sinapsis en el cerebro, el presente dispositivo antiferromagnético-ferromagnético podría ser clave para realizar la computación neuromórfica, que se sabe que logra un procesamiento eficiente de la información.