Un nuevo efecto de magnetoresistencia en materiales con alta interacción de espín-orbita

Investigadores del grupo de Nanodevices, en colaboración con grupos del CFM y el DIPC,  ambas instituciones también situadas en Donostia-San Sebastián, han descubierto un nuevo efecto de magnetoresistencia que ocurre en materiales con alta interacción de espín-orbita. Este nuevo efecto ha sido recientemente reportado en la prestigiosa revista Physical Review Letters y ha sido galardonado con el distintivo Editor Suggestions.

Estos materiales, entre los que se incluyen metales como el platino o el tántalo, se caracterizan por ser capaces de generar una corriente de espín a partir de una corriente eléctrica y viceversa –mediante el fenómeno llamado efecto Hall de espín– y son de fundamental importancia en el campo de la espintrónica –campo que se dedica a explorar la generación, transporte y detección de corrientes de espín en materiales y dispositivos. El objetivo final de la espintrónica es lograr tener una comprensión más profunda sobre los fenómenos de transporte a la nanoescala para poder diseñar nuevos dispositivos funcionales y eficientes que no solo se basen en la inyección, transporte y almacenamiento de cargas eléctricas, sino también de espín, pudiendo así revolucionar la electrónica tal y como la conocemos y expandir sus límites. Los investigadores muestran que mediante este nuevo efecto magnetoresistivo es posible estudiar las propiedades de transporte de espín en estos materiales sin la necesidad de fabricar complejos dispositivos y/o introducir interfaces entre diferentes materiales.

Al aplicar una corriente eléctrica en una lámina delgada (típicamente del orden de unos cuantos nanómetros) de un material con alta interacción espín-orbita, se genera una corriente de espín (efecto Hall de espín directo) que fluye en la dirección del espesor de la lámina, la cual a su vez produce una corriente eléctrica (efecto Hall de espín inverso) que se añade a la corriente inicial aplicada. Este efecto, aunque sea pequeño al ser debido a una corrección de segundo orden, produce una reducción en la resistencia del material, y es máximo cuando el espesor de la lámina es comparable a la longitud de difusión de espín –longitud definida como la distancia media que un espín puede recorrer a través del material sin sufrir una colisión que produzca un cambio en su estado. Al aplicar un campo externo, es posible actuar sobre los espines generados, haciéndolos precesar en el caso de que la dirección de éstos y del campo externo no sean colineares (efecto Hanle), generando así una modulación en la resistencia del material. Según Saül Vélez, primer autor de dicho trabajo, “este nuevo fenómeno podría abrir las puertas a estudiar el transporte de espín en materiales y sistemas hasta ahora inexplorados”. “Este nuevo efecto permite también poder estudiar las propiedades de transporte de espín en materiales ya conocidos, y  poder comparar estos resultados con los obtenidos mediante otras técnicas y dispositivos” añade Fèlix Casanova, último autor y supervisor del trabajo.

Información bibliográfica completa

Saül Vélez, Vitaly N. Golovach, Amilcar Bedoya-Pinto, Miren Isasa, Edurne Sagasta, Mikel Abadia, Celia Rogero, Luis E. Hueso, F. Sebastian Bergeret, and Fèlix Casanova, Physical Review Letters 116, 016603 (2016).
DOI: 10.1103/PhysRevLett.116.016603