Uma junção em túnel é um dispositivo que consiste em duas camadas condutoras separadas por uma camada isolante. Classicamente, a resistência para conduzir a corrente através de uma camada isolante é infinita; Contudo, quando a camada isolante é fina (~ 1-2 nanômetros), os portadores de carga podem criar um túnel através da camada isolante, devido à sua natureza quântica. Quando as camadas condutoras são magnéticas, uma junção de túnel magnético (MTJ), cuja resistência depende das configurações magnéticas, é obtido. Os MTJs atuais têm apenas dois estados de resistência, pois suportam configurações magnéticas paralelas ou antiparalelas das duas camadas magnéticas. O MTJ de dois estados tem desempenhado um papel central na spintrônica, um ramo da eletrônica que usa o momento magnético associado ao spin do elétron, além da carga do elétron usada na eletrônica tradicional. Assim, por exemplo, o MTJ de dois estados é o bloco de construção principal da memória magnética de acesso aleatório (MRAM).

Agora, pesquisadores do Departamento de Física e do Instituto de Nanotecnologia e Materiais Avançados da Universidade Bar-Ilan, juntamente com um grupo do Instituto Superior Técnico (IST), Universidade de Lisboa e INESC Microsystems and Nanotechnologies, introduziram um novo tipo de MTJ com quatro estados de resistência, e demonstrou com sucesso a alternância entre os estados com correntes de spin. O aumento do número de estados é obtido pela substituição de uma das camadas magnéticas por uma estrutura em forma de duas elipses cruzadas.

"Como foi recentemente mostrado que estruturas na forma de N elipses cruzadas podem suportar dois com a potência de 2N estados, os resultados atuais podem abrir caminho para MTJs com um número muito maior de estados de resistência, "diz o Prof. Lior Klein, Presidente do Departamento de Física da Universidade Bar-Ilan, que liderou o grupo Bar-Ilan, incluindo o Dr. Shubhankar Das, Ariel Zaig, e Dr. Moty Schultz. A Profa. Susana Cardoso liderou o grupo do Instituto Superior Técnico (IST), Universidade de Lisboa e INESC Microsystems and Nanotechnologies, junto com a Dra. Diana C. Leitao. "Esses MTJs podem permitir novos dispositivos spintrônicos, por exemplo., MRAM multinível que armazena dados muito mais densamente, ou memória neuromórfica que atende aos desafios da inteligência artificial na realização de tarefas cognitivas, "acrescenta Klein.