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Cerdanyola del Vallès, 20 de diciembre de 2022. La espintrónica es un campo de la nanotecnología cuyo objetivo es aprovechar el espín del electrón, yendo más allá de las corrientes de carga convencionales que constituyen la base de la microelectrónica actual. Por ejemplo, en los años 90, la espintrónica aplicada a materiales ferromagnéticos permitió un enorme incremento en la capacidad de almacenamiento de los discos duros gracias a cabezales de lectura que incorporaban estos materiales. Más recientemente, la espintrónica ha despertado gran interés gracias al aprovechamiento del acoplamiento espín-órbita de elementos pesados no magnéticos, como el platino.
El objetivo del proyecto liderado por la investigadora Sandra Ruiz Gómez de la Universidad Complutense de Madrid (UCM) y por el Sincrotrón ALBA era medir de manera directa, sin necesidad de una intercara que pudiera interferir en la medida de las propiedades del material, el efecto Hall de espín en un material prometedor en espintrónica, cobre dopado con bismuto (Cu95Bi5).
El efecto Hall de espín consiste en la conversión de una corriente de carga en una corriente pura de espín que lleva a una acumulación de espín en la superficie de la muestra, detectable utilizando XMCD (Dicroísmo Magnético Circular de Rayos-X). La medida se realizó en el PEEM (Microscopio de Fotoemisión de Electrones) de la línea de luz CIRCE del Sincrotrón ALBA utilizando esta técnica, detectando esta acumulación de espín en la superficie y midiendo el momento magnético acumulado por los átomos de cobre.
"Es la primera vez que se ha detectado el efecto Hall de espín con espectroscopia de rayos X", comenta Sandra Ruiz. "Es un gran paso adelante ya que nos proporciona una medida directa de este fenómeno sin los efectos de las intercaras".
Los resultados confirman el gran potencial del Cu95Bi5 en el ámbito de la espintrónica gracias a su alta eficiencia convirtiendo corrientes de carga en corrientes de espín. En concreto, un área que puede sacar provecho de este concepto es la nanoelectrónica a la hora de diseñar dispositivos como las MRAMs (Memorias Magnéticas de Acceso Aleatorio). Las MRAMs son las responsables de la mayoría de las funciones de memoria de los ordenadores y teléfonos inteligentes de hoy día, siendo imprescindibles para su rendimiento. El efecto Hall de espín tiene, por tanto, el potencial para usarse en celdas de memoria MRAM más eficientes y rápidas que las actuales.
Figura: (a) Representación esquemática de la geometría experimental, indicando el flujo de electrones (flecha amarilla) y la polarización de espín acumulada en las diferentes superficies (flechas verdes y naranjas). El haz de rayos-X polarizado circularmente se muestra en azul e incide desde la derecha con un ángulo de incidencia de 16º, proporcionando sensibilidad a la polarización de espín en la dirección del haz. (b) Visualización de la acumulación de espín en un electrodo de Cu95Bi5. La gráfica muestra la asimetría píxel por píxel “arriba-abajo” de una imagen XMCD tomada en el borde L3 del cobre, es decir, la resta de dos áreas con un flujo de corriente contrario. Las áreas fuera de la región de integración se han ocultado para mejorar la claridad de la gráfica.
Referencia: Sandra Ruiz-Gómez, Rubén Guerrero, Muhammad W. Khaliq, Claudia Fernández-González, Jordi Prat, Andrés Valera, Simone Finizio, Paolo Perna, Julio Camarero, Lucas Pérez, Lucía Aballe, and Michael Foerster. Direct X-Ray Detection of the Spin Hall Effect in CuBi. Phys. Rev. X 12, 031032
Con la colaboración de la Fundación Española para la Ciencia y la Tecnología. El Sincrotrón ALBA forma parte de la red de Unidades de Cultura Científica y de la Innovación (UCC+i) de la Fundación Española para la Ciencia y la Tecnología (FECYT) y ha recibido apoyo a través del proyecto FCT-21-17088.
