L'equip de recerca ha fet servir l’estació PEEM de la línia de llum CIRCE de l'ALBA per prendre imatges d'antiferroimants, materials prometedors per a futures aplicacions en espintrònica com l’emmagatzematge de dades i la computació.

Els dispositius electrònics que fem servir en el nostre dia a dia funcionen gràcies a corrents elèctrics. El processament de dades es basa en la informació aportada pels electrons, petits portadors de càrregues als materials. Això és lelectrònica. Però des de fa uns anys, ha sorgit la espintrònica, que busca superar les limitacions de l'electrònica fent un salt cap al emmagatzematge de dades d'alta densitat i una dinàmica informàtica ultraràpida. A diferència de l'electrònica, la informació no és als electrons sinó als seus espins, és a dir el seu gir o moment magnètic. Aquesta propietat dels electrons és la que emmagatzema i processa la informació amb l'objectiu de fer ordinadors i altres dispositius en un futur més compactes, ràpids i sostenibles.

Els antiferroimants són considerats materials molt prometedors per a futures aplicacions espintròniques, ja que ofereixen propietats úniques per superar les limitacions que plantegen els sistemes actuals que utilitzen ferroimants. Per exemple, les altes freqüències internes podrien permetre una operació més ràpida. Tanmateix, aquestes propietats al mateix temps fan que sigui més difícil operar en termes d’escriptura d’informació, és a dir, la part de commutació.

Ara, un equip de la Universitat Juan Gutenberg Mainz (Alemanya), en col·laboració amb les universitats de Tohoku i Tòquio (Japó) i el Sincrotró ALBA, té com a objectiu comprendre els mecanismes de commutació antiferromagnètics subjacents. L’estudi revela dos mecanismes de commutació diferents en un material antiferromagnètic - òxid de cobalt (II) o CoO - quan és sotmès a un pols de corrent. Un es deu al parell de transferència de gir d’espín i l’altre és un efecte termomagnetoelàstic induït per la calor.

La commutació induïda per corrent ja s’havia observat abans en antiferroimants, però sovint es deu a l’efecte termomagnetoelàstic, que pot considerar-se un efecte secundari o paràsit i que es més difícil de controlar. L’equip d’investigació ha demostrat que en mostres ultrafines existeixen mecanismes de commutació competitius. Per tant, poden demostrar que es pot accedir al mecanisme de parell de transferència de gir d’espín quan s’utilitzen pel·lícules antiferromagnètiques més primes.

Per obtenir imatges de l'estructura del domini antiferromagnètic, l'equip de la Johannes Gutenberg de Mainz va realitzar experiments a l'estació PEEM de la línia de llum CIRCE a l'ALBA. En concret, la tècnica de sincrotró utilitzada a CIRCE ha estat la microscòpia electrònica de fotoemissió (PEEM) usant per a la generació de contrast l'efecte de dicroisme lineal magnètic de raigs X (XMLD).

Les mostres es van preparar i modelar prèviament en col·laboració amb la Universitat de Tokio. En mesures elèctriques anteriors en el seu laboratori, els membres de l’equip van veure diferents efectes (la resistència augmentava o disminuïa) en funció de la densitat de corrent utilitzada, sense poder saber perquè succeïa això. Així que llavors van venir a l’ALBA per prendre imatges del dispositiu a la línia de llum CIRCE on han pogut resoldre els diferents mecanismes de commutació. Concretament, les dades de microscòpia revelen que es poden observar diferents comportaments de commutació en diferents parts de la mostra i que també existeixen diferències depenent de la densitat de corrent.

En altres paraules, el grup investigador conclou que la commutació en pel·lícules antiferromagnètiques ultrafines es regeix per una combinació de dos mecanismes: un mecanisme de commutació termomagnetoelàstic i un mecanisme de parell de transferència de gir d’espín.

Aquestes troballes són molt rellevants ja que demostren la interacció dels diferents mecanismes de commutació i, per tant, motiven noves investigacions sobre pel·lícules més primes, fet que ofereix oportunitats prometedores per usar antiferroimants en aplicacions on la lectura elèctrica i l’escriptura eficient a través del parell de transferència d’espín són clau.