Um novo método para controlar a corrente de spin e a rotação do momento em isolantes antiferromagnéticos

Crédito:Chen et al.

Materiais antiferromagnéticos, materiais nos quais os átomos estão dispostos de forma que todos os átomos vizinhos sejam antiparalelos (ou seja, apontando na direção oposta) a eles, podem apresentar diversas propriedades vantajosas para o desenvolvimento de dispositivos. Devido à sua dinâmica de rotação rápida e campos dispersos insignificantes, eles podem ser particularmente favoráveis para a criação de dispositivos de memória de alta velocidade com muita capacidade de armazenamento e baixo consumo de energia.
Antes que isso possa acontecer, no entanto, os engenheiros devem ser capazes de detectar e controlar eficientemente a corrente elétrica e a rotação dos momentos (ou seja, medida da tendência de uma força de fazer com que um corpo gire) em materiais antiferromagnéticos. Até agora, isso provou ser um desafio, principalmente usando métodos de medição convencionais.

Pesquisadores da Universidade de Tsinghua, da Universidade de ShanghaiTech e da Universidade de Tecnologia de Pequim desenvolveram recentemente um novo método para controlar a corrente de spin e os momentos antiferromagnéticos em materiais antiferromagnéticos. Em seu artigo, publicado na Nature Electronics , eles demonstraram isso especificamente usando bicamada (Bi,Sb)₂ Te₃ /α-Fe₂ O₃ , uma estrutura que contém um isolante topológico e um isolante antiferromagnético.

"Nosso trabalho recente é baseado em um de nossos artigos anteriores, publicado em Physical Review Letters (PRL )", disse Cheng Song, um dos pesquisadores que realizaram o estudo, ao TechXplore. "Na PRL No artigo, demonstramos a comutação do momento antiferromagnético com a corrente de spin do efeito de spin Hall. Em nosso novo estudo, queríamos mostrar a interação entre os momentos antiferromagnéticos e a corrente de spin dos estados topológicos da superfície, já que o estado topológico da superfície seria mais eficiente na conversão de carga-spin."

Crédito:Chen et al.

Song e seus colegas mostraram que a orientação dos momentos antiferromagnéticos no componente isolante antiferromagnético de sua amostra (α-Fe₂ O₃ ) poderia modular a reflexão da corrente de spin na interface com o (Bi,Sb)₂ Te₃ camada. Como resultado, a rotação do momento no material antiferromagnético pode ser controlada através da corrente de spin, especificamente através de um toque de spin-órbita gigante que é gerado pelo (Bi,Sb)₂ Te₃ estado topológico da superfície da camada.

"A corrente de spin pode ser gerada por meio de estados topológicos de superfície de isoladores topológicos, sendo então injetada em isoladores antiferromagnéticos adjacentes", explicou Song. "A conversão de carga de spin eficiente pode trazer grande resposta de magnetoresistência (controle antiferromagneto da corrente de spin) e baixa densidade de corrente de comutação (controle de corrente de spin do antiferromagneto)."

Em experimentos iniciais, Song e seus colegas descobriram que seu método permitiu com sucesso controlar os momentos antiferromagnéticos em sua amostra de material. Eles também registraram uma densidade de corrente de comutação altamente promissora (ou seja, um parâmetro muito importante para o desenvolvimento de dispositivos de memória).

Crédito:Chen et al.

“Usando composições de Sb, ajustamos o nível de Fermi e a magnetoresistência resultante da temperatura ambiente (observada em uma região muito estreita)”, disse Song. "O Sb ~0,75 corresponde ao nível de Fermi localizado no ponto Dirac, levando a uma baixa densidade de corrente de comutação de ~10^6 A cm^-2."

As descobertas coletadas por essa equipe de pesquisadores destacam o valor potencial de sua abordagem para obter maior controle sobre dispositivos baseados em materiais antiferromagnéticos. No futuro, eles esperam que isso abra caminho para a geração de novos dispositivos de memória de acesso aleatório de próxima geração.

"Em nossos próximos estudos, tentaremos combinar um isolante topológico com uma memória de acesso aleatório antiferromagnética", acrescentou Song. “Também planejamos permitir a leitura por meio de junções de túneis magnéticos e a escrita por estados topológicos de superfície”. + Explorar mais