A eletrônica é baseada em cargas elétricas transportadas de um lugar para outro. Os elétrons se movem, a corrente flui e os sinais são transmitidos pela aplicação de uma tensão elétrica. No entanto, há também outra maneira de manipular correntes e sinais eletrônicos:usando as propriedades do spin – o momento magnético intrínseco do elétron. Isso é chamado de “spintrônica” e tem se tornado um campo cada vez mais importante na pesquisa eletrônica contemporânea.



Uma equipa de investigação internacional envolvendo a TU Wien e a Academia Checa de Ciências conseguiu agora um avanço importante. Eles conseguiram mudar os spins em um material antiferromagnético usando deformação superficial. Isto poderia levar a uma nova linha importante de pesquisa em tecnologias eletrônicas. A pesquisa foi publicada na revista Advanced Functional Materials .

“Existem diferentes tipos de magnetismo”, explica Sergii Khmelevskyi do Centro de Pesquisa Científica de Viena, TU Wien. "O mais conhecido é o ferromagnetismo. Ocorre quando os spins atômicos de um material estão todos alinhados em paralelo. Mas também existe o oposto, o antiferromagnetismo. Em um material antiferromagnético, os átomos vizinhos sempre têm spins opostos." Os seus efeitos, portanto, anulam-se mutuamente e nenhuma força magnética pode ser detectada do exterior.

“Em 2010, no entanto, cientistas da TU Wien e da Academia Checa de Ciências tiveram a ideia de que tais materiais antiferromagnéticos têm propriedades promissoras para aplicações spintrónicas”, diz Khmelevskyi. Este foi o início do novo campo de pesquisa da “spintrônica antiferromagnética”, que se desenvolveu rapidamente desde então.

Um trabalho intensivo foi realizado recentemente pela TU Wien, pelo Instituto de Física da Academia Tcheca de Ciências e pela Ecole Polytechnique (Paris). O maior desafio foi que os spins em materiais antiferromagnéticos são difíceis de manipular – mas é crucial encontrar uma maneira de manipulá-los de maneira confiável e precisa. Somente se os estados magnéticos puderem ser comutados de um estado para outro de maneira direcionada é que será possível produzir células de memória de computador (por exemplo, MRAM).

Frustração magnética:pequenos efeitos fazem toda a diferença

Manipular ferromagnetos é fácil:basta simplesmente aplicar um campo magnético externo para influenciar suas propriedades magnéticas internas. Isso não é possível com antiferromagnetos – mas há uma saída:você pode trabalhar com deformação superficial.

No entanto, isso requer tipos de cristais muito específicos. Dependendo da geometria e do arranjo dos átomos no cristal, vários arranjos diferentes de spin antiferromagnético podem ser possíveis. O cristal assume o estado de menor energia. Mas pode ser uma situação em que várias ordens de spin diferentes tenham a mesma energia. Este fenômeno é chamado de “frustração magnética”. “Nesse caso, pequenas interações, que de outra forma não desempenhariam qualquer papel, podem decidir qual o estado magnético que o cristal assume”, diz Khmelevskyi.

Experimentos com dióxido de urânio mostraram que o estresse mecânico pode ser usado para comprimir um pouquinho a estrutura cristalina, e isso é suficiente para mudar a ordem magnética do material.

"Mostramos agora que os antiferromagnetos podem realmente ser trocados utilizando as propriedades da frustração magnética existente em muitos materiais conhecidos", diz Khmelevskyi. "Isso abre a porta para muitos desenvolvimentos adicionais interessantes na direção da spintrônica antiferromagnética funcional."

Mais informações: Evgenia A. Tereshina-Chitrova et al, Switching acionado por tensão entre estados antiferromagnéticos em UO2 antiferromagnético frustrado testado por efeito de polarização de troca, Materiais Funcionais Avançados (2023). DOI:10.1002/adfm.202311895
Fornecido pela Universidade de Tecnologia de Viena