Físicos observan por primera vez una nueva forma de magnetismo

Físicos del MIT han demostrado una nueva forma de magnetismo que podría aprovecharse para construir chips de memoria "espintrónicos" más rápidos, densos y con menor consumo de energía.

El nuevo estado magnético es una combinación de dos formas principales de magnetismo: el ferromagnetismo de los imanes de nevera y las agujas de las brújulas comunes, y el antiferromagnetismo, en el que los materiales tienen propiedades magnéticas a microescala, pero no están magnetizados macroscópicamente. Esta nueva modalidad ha sido denominada "magnetismo de ondas p".

Los físicos llevan mucho tiempo observando que los electrones de los átomos en los ferroimanes regulares comparten la misma orientación de espín, como si fueran pequeñas brújulas que apuntan en la misma dirección. Esta alineación de espín genera un campo magnético que confiere al ferroimán su magnetismo inherente. Los electrones pertenecientes a átomos magnéticos en un antiferroimán también tienen espín, aunque estos se alternan, y los electrones que orbitan átomos vecinos alinean sus espines antiparalelos. En conjunto, los espines iguales y opuestos se cancelan, y el antiferroimán no presenta magnetización macroscópica.

El equipo descubrió el nuevo magnetismo de ondas p en el yoduro de níquel (NiI2), un material cristalino bidimensional que sintetizaron en el laboratorio. Al igual que en un ferroimán, los electrones presentan una orientación de espín preferente y, al igual que en un antiferroimán, poblaciones iguales de espines opuestos resultan en una cancelación neta. Sin embargo, los espines de los átomos de níquel presentan un patrón único, formando configuraciones espirales dentro del material que son imágenes especulares entre sí, de forma similar a como la mano izquierda es la imagen especular de la mano derecha.

Además, los investigadores descubrieron que esta configuración de espín en espiral les permitía realizar la "conmutación de espín": dependiendo de la dirección de los espines en espiral del material, podían aplicar un pequeño campo eléctrico en una dirección relacionada para convertir fácilmente una espiral de espines levógira en una dextrógira, y viceversa.

La capacidad de conmutar los espines de los electrones es fundamental en la "espintrónica", una alternativa propuesta a la electrónica convencional. Con este enfoque, los datos pueden escribirse en forma de espín de un electrón, en lugar de su carga electrónica, lo que potencialmente permite almacenar órdenes de magnitud mayores de datos en un dispositivo con un consumo de energía mucho menor para escribirlos y leerlos.

"Demostramos que esta nueva forma de magnetismo puede manipularse eléctricamente", afirma Qian Song, investigador del Laboratorio de Investigación de Materiales del MIT. "Este avance allana el camino para una nueva clase de dispositivos de memoria magnética ultrarrápidos, compactos, energéticamente eficientes y no volátiles".

Song y sus colegas publicaron sus resultados en la revista Nature.