Un equipo internacional dirigido por investigadores de la Universidad de California en Riverside ha logrado un gran avance en cómo habilitar y explotar el comportamiento de giro ultrarrápido en ferroimanes. Investigación publicada en cartas de examen fisico y presentado como sugerencia de los editores, allana el camino para aplicaciones de frecuencia extremadamente alta.
Los teléfonos inteligentes y las computadoras de hoy funcionan a frecuencias de gigahercios, una medida de su velocidad, y los científicos están trabajando para hacerlos aún más rápidos. Una nueva investigación ha encontrado una manera de lograr frecuencias de terahercios utilizando ferroimanes tradicionales, lo que podría conducir a tecnologías informáticas y de comunicaciones de próxima generación que funcionen hasta mil veces más rápido.
Los ferromagnetos son materiales en los que los espines de los electrones están alineados en la misma dirección, pero los espines también giran en esa dirección, creando “ondas de espín”. Estas ondas de espín son importantes para las tecnologías informáticas emergentes, que desempeñan un papel clave en el procesamiento de información y señales.
“Cuando las hileras giran, experimentan fricción debido a las interacciones de electrones y ferroimanes con la red cristalina”, dijo Igor Barsukov, profesor asociado de física y astronomía que dirigió la investigación. “Curiosamente, estas interacciones también hacen que el giro adquiera inercia, lo que lleva a un tipo adicional de oscilación del giro llamada nutación”.
Barsukoff explicó que la nutrición ocurre con frecuencias extremadamente altas, lo que la hace muy deseable para futuras tecnologías informáticas y de comunicaciones. Recientemente, la confirmación experimental de las oscilaciones de nutrientes por parte de los físicos entusiasmó a la comunidad de investigación del magnetismo, dijo.
“Las aplicaciones espintrónicas modernas manipulan el espín utilizando una corriente de espín inyectada en un imán”, dijo Rodolfo Rodríguez, primer autor del artículo, ex estudiante de posgrado en el grupo de Barsukoff y ahora en HRL Labs, Los Ángeles. Hay científicos en LC.
Barsukoff y su equipo descubrieron que inyectar corrientes de espín con el signo “incorrecto” puede provocar oscilaciones autónomas espontáneas.
“Estas oscilaciones autosostenidas son muy prometedoras para las tecnologías de computación y comunicación de próxima generación”, dijo recientemente la coautora Alison Tusonin, estudiante universitaria del grupo de Barsukoff.
Según Barsukoff, la inercia del espín introduce una segunda derivada en la ecuación del movimiento, lo que hace que algunos fenómenos sean inconsistentes.
“Pudimos reconciliar la dinámica impulsada por la corriente de espín y la inercia del espín”, dijo. “También encontramos un isomorfismo, un paralelismo, entre la dinámica de espín en los ferromagnetos y los ferrimagnetos, lo que podría acelerar la innovación tecnológica al explotar la sinergia entre estos campos”.
En los ferrimagnetos, dos redes de espín paralelas suelen tener cantidades desiguales de espín. Los materiales con redes de espín paralelo han ganado interés recientemente como candidatos para aplicaciones ultrarrápidas, afirmó Barsukoff.
“Pero aún quedan muchos desafíos técnicos”, afirmó. “Nuestra comprensión de la corriente de espín y la ingeniería de materiales para ferroimanes ha avanzado significativamente en las últimas décadas. Con la reciente confirmación del valor nutritivo, hemos identificado a los ferroimanes como excelentes candidatos para aplicaciones de frecuencia ultra alta. Vimos una oportunidad. Nuestro estudio establece el escenario para un esfuerzo concertado para encontrar materiales óptimos y diseñar arquitecturas eficientes para dispositivos de terahercios”.
El título del artículo es “Inercia de espín y oscilaciones espontáneas en ferromagnetos”.
El estudio fue apoyado por la Fundación Nacional de Ciencias.
