O efeito da magnetorresistência é a tendência de um material alterar o valor de sua resistência elétrica em um campo magnético aplicado externamente. Ele tem sido amplamente aplicado em sensores e cabeçotes de disco rígido. Até aqui, nenhuma ligação foi estabelecida entre a magnetorresistência existente e a textura de spin de materiais com polarização de spin. Pesquisadores da Universidade Nacional de Cingapura (NUS) recentemente fizeram uma descoberta neste campo, revelando uma estreita relação entre a textura de spin dos estados de superfície topológicos (TSS) e um novo tipo de magnetorresistência.

Este avanço fundamental é alcançado em colaboração com pesquisadores da Universidade de Missouri, Estados Unidos. A equipe de pesquisa observou pela primeira vez uma nova magnetorresistência em isoladores topológicos tridimensionais (3-D) (TIs), que escala linearmente com os campos elétricos e magnéticos aplicados, e mostra um vínculo estreito com as texturas de rotação no plano e fora do plano do TSS. A descoberta da equipe pode ajudar a resolver o problema da seleção da fonte de corrente de spin frequentemente enfrentada no desenvolvimento de dispositivos spintrônicos.

A equipe de pesquisa, liderado pelo Professor Associado Yang Hyunsoo do Departamento de Engenharia Elétrica e de Computação da Faculdade de Engenharia da NUS, publicou suas descobertas no jornal Física da Natureza .

Nova magnetorresistência encontrada em TI 3-D

A descoberta de TIs 3-D gerou grande interesse entre pesquisadores internacionais, que agora buscam entender as propriedades físicas deste novo estado da matéria e explorar suas aplicações em optoeletrônica e spintrônica. Até aqui, a magnetorresistência encontrada em TIs 3-D é independente de corrente, refletir uma resposta linear do transporte de elétrons a um campo elétrico aplicado. Ao mesmo tempo, existe um obstáculo de transporte na detecção das propriedades da superfície, devido à contribuição significativa em massa, que oprime as respostas superficiais.

"Nesse trabalho, observamos a magnetorresistência não linear de segunda ordem em um protótipo de filmes 3-D TI Bi2Se3, e mostrou que é sensível ao TSS. Em contraste com a magnetorresistência convencional, esta nova magnetorresistência mostra uma dependência linear em ambos os campos elétricos e magnéticos aplicados, "disse o Dr. He Pan, quem é o primeiro autor do estudo e pesquisador do Departamento.

Assoc Prof Yang acrescentou, "Cálculos teóricos feitos por nossos colaboradores da Universidade de Missouri revelaram que a resistência magnetoelétrica bilinear se origina do TSS bloqueado pelo momento de rotação com deformação hexagonal. Do ponto de vista da origem microscópica, é um processo fundamentalmente novo em relação à conversão de uma corrente de spin não linear em uma corrente de carga sob o campo magnético externo. "

Nova técnica para testar a textura de spin 3-D

Sondar a textura de rotação da superfície é de importância crítica para o desenvolvimento de dispositivos spintrônicos baseados em TI. Contudo, a abordagem realizada até o momento é altamente restrita a ferramentas sofisticadas, como a espectroscopia de fotoemissão.

A nova resistência magnetoelétrica observada pela equipe de pesquisa fornece uma nova rota para detectar a textura de spin 3-D no TSS por uma simples medição de transporte elétrico sem envolver quaisquer camadas ferromagnéticas adicionais. O estudo da equipe também revelou o efeito de deformação hexagonal no TSS, que anteriormente só poderia ser determinada por espectroscopia de fotoemissão.

Comentando sobre a importância da descoberta, Dr. He Pan disse, "Nossos resultados podem ser aplicados a famílias estendidas de materiais altamente polarizados de spin, como sistemas Rashba / Dresselhaus, bem como dichalcogenetos de metais de transição bidimensionais com estados polarizados de spin. Ele também fornece uma nova rota para detectar a textura de spin 3-D desses materiais por uma simples medição de transporte. "

Seguindo em frente, O Prof. Assoc Yang e sua equipe estão conduzindo experimentos para aumentar a magnitude da nova magnetorresistência, refinando os materiais TI e a espessura do filme. Eles também planejam incorporar e testar a tecnologia em diferentes materiais. A equipe espera trabalhar com parceiros da indústria para explorar várias aplicações com a nova magnetorresistência.