Uno de los hallazgos más interesantes en espintrónica es la magnetorresistencia anómala (UMR). En este efecto, la resistencia eléctrica de un metal pesado cambia cuando se coloca junto a un aislante magnético y la dirección de magnetización gira perpendicular al flujo de corriente eléctrica. Este comportamiento jugó un papel clave en la formación del concepto de magnetorresistencia de espín Hall (SMR), que se convirtió en la explicación dominante de la UMR. Con el tiempo, SMR se ha utilizado ampliamente para interpretar los resultados de una variedad de experimentos, incluidas mediciones de magnetorresistencia, resonancia ferromagnética de par de espín, estudios de voltaje Hall armónico, sensores de campo magnético y cambios en la magnetización o vector nulo.
A medida que se realizaron más experimentos, los investigadores notaron algo sorprendente. Se ha observado UMR en casi todos los sistemas magnéticos, incluso en los casos en los que no estaba presente ningún componente Hall de espín. El efecto también se detectó en sistemas donde la teoría SMR no se aplica claramente (por ejemplo, sin efecto Hall de espín). Para abordar estas inconsistencias, los científicos propusieron una lista cada vez mayor de explicaciones alternativas que involucran corrientes de espín o efectos relacionados. Estos incluyen Rashba-Edelstein MR, spin-orbit MR, orbital Hall MR, orbital Hall MR, cristal-simetría MR, orbital Rashba-Edelstein MR y Hanley MR. Cada uno fue diseñado para tener en cuenta señales “similares a SMR” observadas en configuraciones experimentales específicas.
Surge una nueva respuesta empírica
Más recientemente, el profesor Lijun Zhu del Instituto de Semiconductores de la Academia de Ciencias de China y el profesor Jiangrong Wang de la Universidad China de Hong Kong presentaron pruebas experimentales claras que apuntan a un origen diferente de la UMR universal. Su trabajo muestra que los efectos surgen de cómo los electrones se dispersan en la interfaz, con esta dispersión controlada tanto por la magnetización como por el campo eléctrico en la interfaz. Este proceso se conoce como magnetorresistencia de dos vectores. Es importante destacar que esta interpretación no se basa en las corrientes de espín, lo que elimina muchas de las complicaciones encontradas en modelos anteriores.
Sus experimentos revelaron que también pueden aparecer señales UMR muy grandes en metales magnéticos de una sola capa. También encontraron que el efecto incluye contribuciones de orden superior y sigue una regla de suma universal. Todas estas observaciones coinciden estrechamente con las predicciones del modelo de RM de dos vectores, sin la necesidad de utilizar un mecanismo basado en corriente de espín.
Reinterpretando décadas de datos experimentales
Los investigadores también realizaron una revisión cuidadosa de estudios anteriores. Este reanálisis muestra que muchos resultados experimentales influyentes una vez que el espín son magnetorresistencia u otros procesos relacionados con la corriente de espín, o incluso no relacionados, pueden explicarse consistentemente utilizando un marco de resonancia magnética de dos vectores. Además, destacaron una serie de hallazgos experimentales y teóricos que entran directamente en conflicto con los modelos de RM basados en corrientes de espín, pero que se explican naturalmente mediante el enfoque de dos vectores.
Un desafío a una teoría de larga data
En conjunto, estos resultados plantean un serio desafío a la teoría SMR aceptada desde hace mucho tiempo. Proporcionan la primera confirmación experimental sólida del modelo de magnetorresistencia de dos vectores y establecen una explicación física única y universal para la UMR. Al hacerlo, el trabajo proporciona una forma más sencilla y completa de comprender la magnetorresistencia en una amplia gama de sistemas espintrónicos.
La investigación fue publicada recientemente en la National Science Review bajo el título “Orígenes físicos de la magnetorresistencia anómala universal”.
