El equipo de investigación ha usado la estación PEEM de la línea de luz CIRCE de ALBA para tomar imágenes de antiferroimanes, materiales prometedores para futuras aplicaciones en espintrónica como el almacenamiento de datos y la computación.

Los dispositivos electrónicos que usamos en nuestro día a día funcionan gracias a corrientes eléctricas. El procesamiento de datos se basa en la información aportada por los electrones, pequeños portadores de cargas en los materiales. Esto es la electrónica. Pero desde hace unos años, ha surgido la espintrónica, que busca superar las limitaciones de la electrónica dando un salto hacia el almacenamiento de datos de alta densidad y una dinámica informática ultrarrápida. A diferencia de la electrónica, la información no está en los electrones sino en sus espines, es decir su giro o momento magnético. Esta propiedad de los electrones es la que almacena y procesa la información con el objetivo de hacer ordenadores y otros dispositivos en un futuro más compactos, rápidos y sostenibles.

Los antiferroimanes se consideran materiales muy prometedores para futuras aplicaciones espintrónicas, ya que ofrecen propiedades únicas para superar las limitaciones que plantean los sistemas actuales que utilizan ferroimanes. Por ejemplo, las altas frecuencias internas podrían permitir una operación más rápida. Sin embargo, estas propiedades al mismo tiempo hacen que sea más difícil operar en términos de escritura de información, es decir, la parte de conmutación.

Ahora, un equipo de la Universidad Juan Gutenberg Mainz (Alemania), en colaboración con las universidades de Tohoku y Tokio (Japón) y el Sincrotrón ALBA, tiene como objetivo comprender los mecanismos de conmutación antiferromagnéticos subyacentes. El estudio desentraña dos mecanismos de conmutación diferentes en un material antiferromagnético - óxido de cobalto (II) o CoO - cuando se somete a un pulso de corriente. Uno se debe al par de transferencia de giro de espín y el otro es un efecto termomagnetoelástico inducido por el calor.

La conmutación inducida por corriente ya se ha observado antes en antiferroimanes, pero a menudo se debe al efecto termomagnetoelástico, que puede considerarse un efecto secundario o parásito y que es más difícil de controlar. El equipo de investigación ha demostrado que en muestras ultrafinas existen mecanismos de conmutación competitivos. Por lo tanto, pueden demostrar que se puede acceder al mecanismo de par de transferencia de giro de espín cuando se utilizan películas antiferromagnéticas más delgadas.

Para obtener imágenes de la estructura del dominio antiferromagnético, el equipo de la Johannes Gutenberg de Mainz realizó experimentos en la estación PEEM de la línea de luz CIRCE en ALBA. En concreto, la técnica de sincrotrón utilizada en CIRCE ha sido la microscopía electrónica de fotoemisión (PEEM) usando para la generación de contraste el efecto de dicroísmo lineal magnético de rayos X (XMLD).

Las muestras se prepararon y modelaron previamente en colaboración con la Universidad de Tokio. En mediciones eléctricas anteriores en su laboratorio, los miembros del equipo vieron diferentes efectos (la resistencia aumentaba o disminuía) en función de la densidad de corriente utilizada, sin poder saber por qué sucedía esto. Así que luego vinieron a ALBA para tomar imágenes del dispositivo en la línea de luz CIRCE donde han podido resolver los diferentes mecanismos de conmutación. Concretamente, los datos de microscopía revelan que se pueden observar diferentes comportamientos de conmutación en diferentes partes de la muestra y que también existen diferencias dependiendo de la densidad de corriente.

En otras palabras, el grupo investigador concluyó que la conmutación en películas antiferromagnéticas ultrafinas se rige por una combinación de dos mecanismos: un mecanismo de conmutación termomagnetoelástico y un mecanismo de par de transferencia de giro de espín.

Estos hallazgos son relevantes ya que demuestran la interacción de los diferentes mecanismos de conmutación y, por lo tanto, motivan más investigaciones sobre películas más delgadas, lo que ofrece oportunidades prometedoras para utilizar antiferroimanes en aplicaciones donde la lectura eléctrica y la escritura eficiente a través del par de transferencia de giro de espín son clave.