Los dispositivos spintrónicos son dispositivos electrónicos que utilizan el spin de los electrones (una forma intrínseca de momento angular poseída por el electrón) para lograr un procesamiento de alta velocidad y un almacenamiento de datos de bajo costo. En este sentido, la transferencia de torque spintrónico es un fenómeno clave que permite dispositivos spintrónicos ultrarrápidos y de bajo consumo de energía.
Sin embargo, recientemente ha surgido el concepto de torque de órbita de spin (SOT por sus siglas en inglés) como una alternativa prometedora al torque de transferencia de spin. Muchos estudios han investigado el origen del SOT, demostrando que en materiales no magnéticos, un fenómeno llamado efecto Hall de spin (SHE por sus siglas en inglés) es clave para lograr el SOT. En estos materiales, la existencia de una estructura de banda «Dirac», una disposición específica de los electrones en términos de su energía, es importante para lograr un SHE grande. Esto se debe a que la estructura de banda Dirac contiene «puntos calientes» para la fase de Berry, un factor de fase cuántica responsable del SHE intrínseco. Por lo tanto, los materiales con puntos calientes adecuados para la fase de Berry son clave para la ingeniería del SHE.
En este contexto, el material tantalio silicida (TaSi2) es de gran interés, ya que tiene varios puntos Dirac cerca del nivel de Fermi en su estructura de banda, adecuados para la práctica de la ingeniería de fase de Berry. Para demostrar esto, un equipo de investigadores liderado por el profesor asociado Pham Nam Hai del Departamento de Ingeniería Eléctrica y Electrónica del Instituto de Tecnología de Tokio (Tokyo Tech), en Japón, investigó recientemente la influencia de los puntos calientes de la banda Dirac en la dependencia de la temperatura del SHE en TaSi2. «La ingeniería de monopolos de fase de Berry es una interesante área de investigación ya que puede dar lugar a dispositivos spintrónicos SOT eficientes a altas temperaturas, como la memoria RAM magneto-resistiva aleatoria», señala el Dr. Hai. Sus hallazgos fueron publicados en la revista Applied Physics Letters.
A través de diversos experimentos, el equipo observó que la eficiencia del SOT de TaSi2 se mantuvo casi sin cambios desde los 62 K a los 288 K, lo cual fue similar al comportamiento de los metales pesados convencionales. Sin embargo, al aumentar aún más la temperatura, la eficiencia del SOT aumentó repentinamente y casi se duplicó a los 346 K. Además, el SHE correspondiente también aumentó de manera similar. Cabe destacar que esto fue muy diferente al comportamiento de los metales pesados convencionales y sus aleaciones. Tras un análisis adicional, los investigadores atribuyeron este repentino aumento del SHE a monopolos de fase de Berry. «Estos resultados proporcionan una estrategia para mejorar la eficiencia del SOT a altas temperaturas a través de la ingeniería de monopolos de fase de Berry», señala el Dr. Hai. Su estudio resalta el potencial de la ingeniería de monopolos de fase de Berry para utilizar eficazmente el SHE en materiales no magnéticos y brinda un nuevo camino para el desarrollo de dispositivos spintrónicos SOT de alta temperatura, ultra rápidos y de bajo consumo de energía.
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