Logro en la espintrónica: científicos confirman un fenómeno de física previamente indetectado.

Un estudio reciente ha identificado el "efecto Hall orbital", un fenómeno que podría mejorar significativamente el almacenamiento de datos en futuros dispositivos informáticos. Este descubrimiento, que implica la generación de electricidad por el movimiento orbital de los electrones, ofrece avances potenciales en el campo de la espintrónica, lo que conduce a materiales magnéticos más eficientes, rápidos y confiables. Crédito: SciTechDaily.com

En un nuevo avance, los investigadores han utilizado una técnica novedosa para confirmar un fenómeno físico previamente no detectado que podría utilizarse para mejorar el almacenamiento de datos en la próxima generación de dispositivos informáticos.

Las memorias espintrónicas, utilizadas en computadoras avanzadas y satélites, aprovechan los estados magnéticos producidos por el momento angular intrínseco de los electrones para el almacenamiento y recuperación de datos. Dependiendo de su movimiento físico, el giro del electrón produce una corriente magnética. Conocido como "efecto Hall de espín", esto tiene aplicaciones clave para materiales magnéticos en muchos campos diferentes, que van desde la electrónica de bajo consumo hasta la mecánica cuántica fundamental.

Más recientemente, los científicos han descubierto que los electrones también pueden generar electricidad a través de un segundo tipo de movimiento: el momento angular orbital, similar a cómo la Tierra gira alrededor del sol. Esto se conoce como el "efecto Hall orbital", dijo Roland Kawakami, coautor del estudio y profesor de física en la Universidad Estatal de Ohio.

Los teóricos predijeron que al utilizar metales de transición ligeros, materiales que tienen corrientes de Hall de espín débiles, las corrientes magnéticas generadas por el efecto Hall orbital serían más fáciles de detectar fluyendo junto a ellos. Hasta ahora, detectar directamente algo así ha sido un desafío, pero el estudio, dirigido por Igor Lyalin, estudiante de posgrado en física, y publicado en la revista Physical Review Letters, mostró un método para observar el efecto.

"Durante décadas, ha habido un descubrimiento continuo de varios efectos Hall", dijo Kawakami. "Pero la idea de estas corrientes orbitales es realmente nueva. La dificultad radica en que están mezcladas con corrientes de espín en metales pesados típicos y es difícil diferenciarlas".

En cambio, el equipo de Kawakami demostró el efecto Hall orbital reflejando luz polarizada, en este caso, un láser, en varias películas delgado del metal ligero cromo para analizar los átomos del metal en busca de una acumulación potencial de momento angular orbital. Después de casi un año de medidas meticulosas, los investigadores pudieron detectar una señal magneto-óptica clara que mostraba que los electrones se agrupaban en un extremo de la película y exhibían fuertes características del efecto Hall orbital.

Esta detección exitosa podría tener grandes consecuencias para futuras aplicaciones espintrónicas, dijo Kawakami.

"El concepto de espintrónica ha estado presente durante unos 25 años aproximadamente, y si bien ha sido realmente bueno para diversas aplicaciones de memoria, ahora la gente está tratando de ir más allá", dijo. "Ahora, uno de los mayores objetivos del campo es reducir la cantidad de energía consumida, ya que ese es el factor limitante para aumentar el rendimiento".

Reducir la cantidad total de energía necesaria para que los futuros materiales magnéticos funcionen bien podría permitir un menor consumo de energía, velocidades más altas y mayor confiabilidad, así como ayudar a prolongar la vida útil de la tecnología. Utilizar corrientes orbitales en lugar de corrientes de espín podría ahorrar tiempo y dinero a largo plazo, según Kawakami.

Señalando que esta investigación abre una forma de aprender más sobre cómo surgen estos extraños fenómenos físicos en otros tipos de metales, los investigadores dicen que quieren seguir profundizando en la compleja conexión entre los efectos Hall de espín y los efectos Hall orbitales.

Referencia: "Detección magneto-óptica del efecto Hall orbital en cromo" de Igor Lyalin, Sanaz Alikhah, Marco Berritta, Peter M. Oppeneer y Roland K. Kawakami, 11 de octubre de 2023, Physical Review Letters. DOI: 10.1103/PhysRevLett.131.156702

Los coautores fueron Sanaz Alikhah y Peter M. Oppeneer de la Universidad de Uppsala y Marco Berritta tanto de la Universidad de Uppsala como de la Universidad de Exeter. Este trabajo fue apoyado por la National Science Foundation, el Consejo de Investigación Sueco, la Infraestructura Nacional Sueca para la Computación y la Fundación K. y A. Wallenberg.