Os pesquisadores da Cornell deram uma nova interpretação à medição e ao controle de spins no óxido de níquel, com o objetivo de melhorar a velocidade e a capacidade de memória dos dispositivos eletrônicos.

Seu papel, "Spin Seebeck Imaging of Spin-Torque Switching in Antiferromagnetic Pt / NiO Heterostructures" foi publicado em 22 de outubro em Revisão Física X .

Uma das especialidades do autor sênior Greg Fuchs, professor associado de física aplicada e engenharia, é spintrônica - o estudo do spin (um tipo de momento angular que pode registrar informações) que é responsável pelas propriedades magnéticas dos elétrons. Fuchs e seu grupo estão se esforçando para entender como medir e manipular esse magnetismo.

Em vez de medir o magnetismo com as formas tradicionais de microscopia magnética - em que os materiais são bombardeados com luz, elétrons ou raios X - Fuchs foi o pioneiro em uma técnica chamada microscopia magneto-térmica. Neste método, calor é aplicado ao material em uma área minúscula, e o magnetismo nessa área é medido pela voltagem elétrica que é gerada. Isso permite que a equipe de Fuchs veja o que acontece quando eles manipulam os giros de um material magnético.

O Grupo Fuchs tem explorado materiais antiferromagnéticos, que são únicos porque seus elementos magnéticos individuais - os pequenos pedaços de material que lembram pedaços de informação com base em sua orientação - não produzem um campo magnético. Portanto, eles podem ser embalados juntos sem perturbar um ao outro, potencialmente permitindo o armazenamento de alta densidade. Os antiferromagnetos são irmãos ainda mais rápidos dos ferromagnetos - materiais magnéticos mais convencionais que produzem um momento magnético. Os antiferromagnetos têm potencial para operar mil vezes mais rápido, de acordo com Fuchs.

Mas entender o comportamento dos materiais antiferromagnéticos não é fácil.

"O material antiferromagnético é difícil de estudar porque todos os outros giros apontam na direção oposta, então não há magnetização líquida, "Fuchs diz." Não cria um campo magnético. Não é realmente adequado para abordagens convencionais de medição magnética. Existem instalações especializadas de raios-X que podem fazer isso, mas não há muitos, e isso limita as medidas que você pode fazer. Portanto, você tem poucas opções. "

Fuchs e sua equipe criaram uma solução inteligente para contornar o problema, escolhendo o tipo certo de material antiferromagnético - óxido de níquel - que contém vários planos de rotação, com os spins em todos os outros planos apontando em uma direção oposta. Em um sanduíche de platina e óxido de níquel, os spins no limite estão todos alinhados paralelamente uns aos outros, permitindo que os pesquisadores usem o fluxo de calor para medir a orientação dos spins sem que o sinal seja cancelado.

Este efeito, chamado de "efeito Seebeck de spin interfacial, "já havia sido demonstrado em metais ferromagnéticos e isolantes, mas só foi teorizado para antiferromagnetos. Ninguém antes o havia demonstrado - muito menos usado para obter imagens de amostras antiferromagnéticas com equipamento de laboratório de mesa padrão.

"Imagens de antiferromagnetos nos permitem ver microscopicamente como eles respondem a estímulos externos, como corrente elétrica. Esses detalhes são críticos ao tentar fazer dispositivos de memória antiferromagnética, "diz o autor principal Isaiah Gray, um Ph.D. estudante de física aplicada.

"Você normalmente pensa nos antiferromagnetos como uma noz muito dura. É surpreendente para mim que uma abordagem relativamente simples funcione, "Fuchs disse." Isso abre um novo reino em termos do que você pode fazer em dispositivos antiferromagnéticos. Agora posso controlar as texturas desses materiais, e depois veja como os giros são orientados. "