Os pesquisadores demonstraram com sucesso um método para alternar um novo material entre dois diferentes estados não voláteis em velocidades muito altas e com grande precisão. Os constituintes físicos do dispositivo em questão são significativamente robustos contra influências externas, como campos magnéticos. Essas descobertas podem levar a um dispositivo de memória de alta velocidade e alta capacidade com alta eficiência energética.

Em 1929, o físico teórico Hermann Weyl estava explorando a equação de Dirac recém-derivada, que descreve muitas coisas na física de partículas e levou à descoberta da antimatéria. Ele percebeu que a equação implicava a existência de uma partícula sem massa, que ficou conhecido como o férmion de Weyl. Já se acreditou que esta fosse a partícula elementar do neutrino. Quase um século depois, em 2015, o férmion Weyl foi finalmente descoberto na realidade, e nos anos que se seguiram, os físicos começaram não apenas a entender, mas para encontrar usos potenciais para ele. Uma equipe de pesquisadores do laboratório liderado pelo professor Satoru Nakatsuji do Instituto de Física do Estado Sólido e do Departamento de Física da Universidade de Tóquio encontrou uma maneira de usar férmions de Weyl para fazer dispositivos de memória avançados.

"Spintrônica é uma palavra que provavelmente estimulará os interessados ​​no futuro da tecnologia. é algo que pode substituir e substituir muitas funções eletrônicas nos dispositivos atuais, "explicou o pesquisador associado Tomoya Higo." Por enquanto, materiais ferromagnéticos, ímãs que se comportam de maneira familiar, têm sido usados ​​para explorar fenômenos spintrônicos. Mas existe uma classe melhor de materiais magnéticos para esta finalidade, chamados de materiais antiferromagnéticos, que parecem mais difíceis de trabalhar, mas têm muitas vantagens. "

Antiferromagnetos são materiais interessantes porque oferecem aos pesquisadores muitas propriedades úteis que os materiais ferromagnéticos oferecem, mas eles estão menos sujeitos a campos magnéticos externos devido a um arranjo único de suas partes constituintes. Este é um benefício ao trabalhar com dispositivos de memória, como precisão e robustez são importantes, mas esse arranjo especial também torna mais difícil manipular o material conforme necessário.

"Não era de todo óbvio se você pode controlar um estado antiferromagnético com um pulso elétrico simples como um ferromagnético, "disse Nakatsuji.

É aqui que entram os férmions de Weyl. "Em nossa amostra (liga de manganês-estanho antiferromagnética Mn ₃ Sn), Os férmions de Weyl existem em pontos de Weyl no espaço de momento (não em um espaço físico, mas uma forma matemática de representar os momentos das partículas em um sistema). Esses pontos Weyl têm dois estados possíveis que podem representar dígitos binários, "explicou Hanshen Tsai, pesquisador de pós-doutorado." Nossa descoberta revolucionária é que podemos alternar um ponto Weyl entre esses estados com uma corrente elétrica externa aplicada às camadas finas vizinhas de Mn3Sn e platina ou tungstênio. Este método é chamado de comutação de torque spin-órbita. "

"Nossa descoberta indica que o férmion Weyl sem massa perseguido pelos físicos foi encontrado em nosso ímã, e, além disso, pode ser eletricamente manipulado, "adicionou Nakatsuji.

Graças a um grande sinal feito pelos férmions de Weyl em Mn ₃ Sn, a detecção de comutação de torque spin-órbita é possível. A taxa de comutação que corresponde a quão rápido a memória baseada em tal tecnologia poderia ser gravada ou lida está em torno de trilhões de vezes por segundo, ou terahertz. A atual memória de computador de última geração muda alguns bilhões de vezes por segundo, ou gigahertz. Então, quando realizado, pode levar a um grande salto no desempenho, mas ainda há um caminho a percorrer.

“Houve dois grandes desafios em nosso estudo. Um deles foi otimizar a síntese de Mn ₃ Filmes finos Sn. O outro estava descobrindo o mecanismo de comutação, "disse Higo." Estamos entusiasmados não só porque encontramos alguns fenômenos interessantes, mas porque podemos esperar que nossas descobertas possam ter aplicações importantes no futuro. Ao criar novos materiais, descobrimos novos fenômenos que podem levar a novos dispositivos. Nossa pesquisa está cheia de sonhos. "

O estudo é publicado em Natureza .