Un nuevo método para observar el efecto Hall orbital podría mejorar las aplicaciones de la espintrónica

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

Las memorias espintrónicas, como las que se utilizan en algunas computadoras y satélites de alta tecnología, utilizan estados magnéticos generados por el momento angular intrínseco de un electrón para almacenar y leer información. Dependiendo de su movimiento físico, el espín de un electrón produce una corriente magnética. Conocido como “efecto Spin Hall”, tiene importantes aplicaciones para materiales magnéticos en muchos campos diferentes, desde la electrónica de baja potencia hasta la mecánica cuántica fundamental.

Más recientemente, los científicos descubrieron que los electrones también son capaces de generar electricidad a través de un segundo tipo de movimiento: el momento angular orbital, similar a la forma en que la Tierra gira alrededor del Sol. Esto se conoce como “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 Hall de espín débiles), sería más fácil detectar las corrientes magnéticas generadas por el efecto Hall orbital que fluyen junto a ellos. Hasta ahora, detectar directamente algo así ha sido un desafío, pero el estudio, dirigido por el estudiante de posgrado en física Igor Lyalin y publicado hoy en la revista Cartas de revisión física, mostró un método para observar el efecto.

«A lo largo de las décadas, se han descubierto continuamente varios efectos Hall», dijo Kawakami. «Pero la idea de estas corrientes orbitales es realmente nueva. La dificultad es que están mezcladas con corrientes de espín en los 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, sobre múltiples películas delgadas del cromo, metal ligero, para sondear los átomos del metal en busca de una posible acumulación de momento angular orbital. Después de casi un año de minuciosas mediciones, los investigadores pudieron detectar una señal magnetoóptica clara que mostraba que los electrones reunidos en un extremo de la película exhibían fuertes características de efecto Hall orbital.

Esta detección exitosa podría tener enormes consecuencias para futuras aplicaciones de la espintrónica, afirmó Kawakami.

«El concepto de espintrónica existe desde hace unos 25 años y, si bien ha sido muy bueno para muchas aplicaciones de memoria, ahora la gente está intentando ir más allá», afirmó. “Ahora, uno de los mayores objetivos en el área es reducir la cantidad de energía consumida porque este 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, mayores velocidades y una mayor confiabilidad, además de ayudar a extender la vida útil de la tecnología. El uso de corrientes orbitales en lugar de corrientes de espín podría ahorrar tiempo y dinero a largo plazo, afirmó Kawakami.

Al señalar que esta investigación abre una manera de aprender más sobre cómo surgen estos extraños fenómenos físicos en otros tipos de metales, los investigadores dicen que quieren continuar investigando la compleja conexión entre los efectos Hall de espín y los efectos Hall orbitales.