Transferencia de información más rápida y eficiente gracias a la oxidación antiferromagnética

Una corriente eléctrica excita la superposición de dos magnones polarizados linealmente (indicados por las flechas roja y azul). Posteriormente, la energía se transporta a través del aislante antiferromagnético. Puede detectarse como voltaje eléctrico. Crédito: Ill./ ©: Andrew Ross, JGU

Los físicos utilizan óxido antiferromagnético para transportar información a largas distancias a temperatura ambiente.

Ya sean teléfonos inteligentes, computadoras portátiles o mainframes: la transmisión, el procesamiento y el almacenamiento de información se basan actualmente en una sola clase de materiales, como era el caso en los primeros días de la informática. hace unos 60 años. Sin embargo, una nueva clase de materiales magnéticos podría llevar la tecnología de la información a un nuevo nivel. Los aisladores antiferromagnéticos permiten velocidades de cálculo mil veces más rápidas que la electrónica convencional, con mucho menos calentamiento. Los componentes podrían unirse y los módulos lógicos podrían volverse más pequeños, lo que hasta ahora ha sido limitado debido al aumento del calentamiento de los componentes actuales.

Transferencia de información a temperatura ambiente

Hasta ahora, el problema era que la transferencia de información en los aisladores antiferromagnéticos solo funcionaba a bajas temperaturas. Pero, ¿quién quiere meter sus smartphones en el congelador para poder usarlo? Los físicos de la Universidad Johannes Gutenberg en Mainz (JGU) ahora han podido remediar esta deficiencia, en colaboración con experimentadores del laboratorio CNRS / Thales, CEA Grenoble y el Laboratorio Nacional de Alto Campo en Francia, así como teóricos del Centro. de la espintrónica cuántica. (QuSpin) en la Universidad Noruega de Ciencia y Tecnología. “Pudimos transmitir y procesar información en un aislador antiferromagnético estándar a temperatura ambiente, y hacerlo a distancias lo suficientemente largas como para permitir el procesamiento de la información”, dijo Andrew Ross, científico de JGU. Los investigadores utilizaron óxido de hierro (α-Fe2O3), principal componente de la herrumbre, como aislante antiferromagnético, porque el óxido de hierro está muy extendido y es fácil de fabricar.

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La transferencia de información en los aislantes magnéticos es posible gracias a las excitaciones magnéticas llamadas magnones. Estos se mueven en forma de ondas a través de materiales magnéticos, de la misma manera que las ondas se mueven en la superficie del agua en un estanque después de que se haya arrojado una piedra. Anteriormente, se creía que estas ondas debían tener polarización circular para transmitir información de manera efectiva. En el óxido de hierro, tal polarización circular ocurre solo a bajas temperaturas. Sin embargo, el equipo de investigación internacional pudo transmitir magnones a distancias excepcionalmente largas, incluso a temperatura ambiente. ¿Pero cómo funcionó? “Nos dimos cuenta de que en los antiferromagnéticos con un solo plano, dos magnones polarizados linealmente pueden superponerse y migrar juntos. Se complementan entre sí para formar una polarización más o menos circular ”, explica el Dr. Romain Lebrun, investigador del laboratorio conjunto CNRS / Thales en París, que anteriormente trabajó en Mainz. “La capacidad de utilizar óxido de hierro a temperatura ambiente lo convierte en un campo de juego ideal para el desarrollo de dispositivos espintrónicos ultrarrápidos basados ​​en aislantes antiferromagnéticos”.

La atenuación extremadamente baja permite una transmisión energéticamente eficiente

Un tema importante en el proceso de transferencia de información es la rapidez con la que se pierde la información al moverse a través de materiales magnéticos. Esto se puede registrar cuantitativamente con el valor de la amortiguación magnética. “El óxido de hierro examinado tiene una de las atenuaciones magnéticas más bajas jamás reportadas en materiales magnéticos”, explicó el profesor Mathias Kläui del Instituto de Física JGU. “Predecimos que las técnicas de alto campo magnético mostrarán que otros materiales antiferromagnéticos tienen una atenuación igualmente baja, lo cual es crucial para el desarrollo de una nueva generación de dispositivos espintrónicos. Estamos investigando tecnologías magnéticas de baja potencia como parte de una colaboración a largo plazo con nuestros colegas de QuSpin en Noruega y me complace ver que de esta colaboración ha surgido otro trabajo interesante.

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Referencia: “Transporte de espín a larga distancia a través de la transición de la fase de Morin a temperatura ambiente en monocristales de muy baja amortiguación del antiferromagnet α-Fe2O3Por R. Lebrun, A. Ross, O. Gomonay, V. Baltz, U. Ebels, A.-L. Barra, A. Qaiumzadeh, A. Brataas, J. Sinova y M. Kläui, 10 de diciembre de 2020, Comunicaciones de la naturaleza.
DOI: 10.1038 / s41467-020-20155-7

La investigación fue publicada recientemente en Comunicaciones de la naturaleza y fue financiado por el programa europeo de investigación e innovación Horizonte 2020, la Fundación Alemana de Investigación (DFG) y el Consejo Noruego de Investigación.

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