Un estudio demuestra la generación de corriente orbital mediante dinámica de magnetización
Configuración experimental para detectar bombeo orbital. Crédito: Hayashi et al.
Los electrones llevan inherentemente momento angular orbital y de espín (es decir, propiedades que ayudan a comprender los movimientos de rotación y el comportamiento de las partículas). Si bien algunos físicos e ingenieros han intentado aprovechar el momento angular de espín de los electrones para desarrollar nuevas tecnologías conocidas como espintrónica, hasta ahora rara vez se ha considerado el momento orbital de estas partículas.
Actualmente, generar una corriente orbital (es decir, un flujo de momento angular orbital) sigue siendo mucho más desafiante que generar una corriente de espín. Sin embargo, los enfoques para aprovechar con éxito el momento angular orbital de los electrones podrían abrir la posibilidad para el desarrollo de una nueva clase de dispositivos llamados orbittrónicos.
Investigadores de la Universidad de Keio y la Universidad Johannes Gutenberg informan sobre la generación exitosa de una corriente orbital a partir de la dinámica de magnetización, un fenómeno llamado bombeo orbital. Su artículo, Publicado en Electrónica de la naturalezadescribe un enfoque prometedor que podría permitir a los ingenieros desarrollar nuevas tecnologías aprovechando el momento angular orbital de los electrones.
«Nuestro trabajo se inspiró en la investigación en curso en espintrónica y orbitrónica, el análogo orbital de la espintrónica», dijo a Phys.org Kazuya Ando, profesor asociado de la Universidad de Keio.
«La espintrónica ha avanzado mediante la exploración de la física de la corriente de espín, el flujo del momento angular de espín. Estudios recientes han destacado el papel crucial de la corriente orbital, la contraparte de la corriente de espín, en dispositivos de estado sólido. Sin embargo, la generación de corrientes orbitales sigue siendo un importante desafío.»
El reciente estudio de Ando y sus colegas se inspira en el bombeo de espín, un fenómeno bien establecido que permite a los ingenieros generar corrientes de espín. El principal objetivo de su estudio era realizar la contraparte orbital de este fenómeno, llamado bombeo orbital.
«Creemos que demostrar el bombeo orbital amplía la comprensión fundamental de la orbitrónica y abre nuevas vías para la investigación y las aplicaciones tecnológicas», dijo Ando.
El bombeo orbital implica esencialmente generar una corriente orbital a través de la dinámica de la magnetización (es decir, la densidad de los momentos dipolares magnéticos inducidos en materiales magnéticos cuando se colocan cerca de un imán). Para realizar sus experimentos, Ando y sus colegas utilizaron específicamente una estructura bicapa hecha de níquel y titanio.
«Al aplicar un campo magnético de radiofrecuencia a la estructura, excitamos la dinámica de magnetización en la capa de níquel, que a su vez generó una corriente orbital en la capa de titanio mediante el bombeo orbital», explicó Ando. «Detectamos eléctricamente esta corriente orbital utilizando el efecto Hall orbital inverso, un fenómeno que convierte una corriente orbital en una corriente de carga».
Al aplicar un campo magnético a su estructura de níquel y titanio, los investigadores pudieron demostrar con éxito el bombeo orbital. Por tanto, las técnicas que emplearon demostraron ser eficaces para generar una corriente orbital en un entorno experimental.
«En el desarrollo de la espintrónica basada en corrientes de espín, el bombeo de espín ha desempeñado un papel crucial, revelando una variedad de fenómenos y funciones que surgen de las corrientes de espín», dijo Ando. «Del mismo modo, nuestro descubrimiento del bombeo orbital, la contraparte orbital del bombeo de espín, debería servir como base fundamental para nuevas tecnologías electrónicas y físicas basadas en corrientes orbitales».
Los prometedores resultados obtenidos por Ando y sus colegas pronto podrían allanar el camino para nuevos estudios destinados a generar corrientes orbitales mediante magnetización. Este trabajo podría eventualmente conducir a la introducción de dispositivos orbitrónicos, una clase de electrónica que hasta ahora ha sido en gran medida descuidada.
«Nuestra investigación futura se centrará en comprender mejor las propiedades fundamentales de las corrientes orbitales y sus interacciones con la dinámica de magnetización», añadió Ando.
«También pretendemos aclarar los efectos combinados de las corrientes de espín y las corrientes orbitales para desarrollar dispositivos que aprovechen tanto el espín como el momento angular orbital de los electrones. A través de estos esfuerzos, esperamos avanzar en los campos de la espintrónica y la orbittrónica, allanando el camino para nuevas tecnologías electrónicas.»
Mas informaciones:
Hiroki Hayashi et al, Observación del bombeo orbital, Electrónica de la naturaleza (2024). DOI: 10.1038/s41928-024-01193-1
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Cita: El estudio demuestra la generación de corriente orbital mediante dinámica de magnetización (2024, 10 de julio) obtenido el 10 de julio de 2024 de https://phys.org/news/2024-07-generation-orbital-current-magnetization-dynamics html.
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