Pesquisadores da Universidade de Tóquio, no Japão, das Universidades Cornell e Johns Hopkins, nos EUA, e da Universidade de Birmingham, no Reino Unido, observaram grande piezomagnetismo em um material antiferromagnético, manganês-estanho (Mn3Sn). A descoberta pode permitir que este material e outros semelhantes sejam empregados em memórias de computador de próxima geração.
Os materiais antiferromagnéticos são candidatos promissores para futuros dispositivos de memória de alta densidade por duas razões principais. A primeira é que os spins dos elétrons (que são usados como bits ou unidades de dados) nos antiferromagnetos mudam rapidamente, em frequências na faixa dos terahertz. Essas rápidas inversões de spin são possíveis porque os spins em antiferromagnetos tendem a se alinhar antiparalelos entre si, levando a fortes interações entre os spins. Isso contrasta com os ferromagnetos convencionais, que possuem spins de elétrons paralelos.
A segunda razão é que, embora os antiferromagnetos tenham um magnetismo interno criado pelo spin dos seus elétrons, eles quase não têm magnetização macroscópica. Isso significa que os bits podem ser compactados de forma mais densa, pois não interferem entre si. Novamente, isso contrasta com os ferromagnetos empregados na memória magnética convencional, que geram uma magnetização líquida considerável.
Os pesquisadores usam o bem compreendido efeito Hall (no qual um campo magnético aplicado induz uma tensão em um condutor em uma direção perpendicular ao campo e ao fluxo de corrente) para ler os valores dos bits antiferromagnéticos. Se todos os spins do bit antiferromagnético virarem na mesma direção, a tensão Hall muda de sinal. Um sinal da tensão, portanto, corresponde a uma direção de “rotação para cima” ou “1” e o outro sinal a uma direção de “rotação para baixo” ou “0”.
A tensão controla a mudança de sinal
No novo trabalho, uma equipe liderada por Satoru Nakatsuji da Universidade de Tóquio equipamento usado desenvolvido por Clifford Hicks e colegas de Birmingham colocar uma amostra de Mn3Sn sob tensão. Mn3Sn é um antiferromagneto imperfeito (Weyl) com uma magnetização fraca, e é conhecido por exibir um efeito Hall anômalo (AHE) muito forte, no qual os portadores de carga adquirem um componente de velocidade perpendicular a um campo elétrico aplicado, mesmo sem um campo magnético aplicado.
Antiferromagnetos dopados mudam mais rápido
Os pesquisadores descobriram que, ao colocar diferentes graus de tensão na amostra, poderiam controlar tanto a magnitude quanto o sinal do AHE do material. “Desde a descoberta do AHE por Edwin Hall em 1881, nenhum relatório foi feito sobre a sintonia contínua do sinal AHE por deformação”, diz Nakatsuji. Mundo da física. “À primeira vista, pode parecer que a condutividade Hall, uma quantidade que é ímpar na reversão do tempo, não pode ser controlada pela deformação, que é par na reversão do tempo. No entanto, a nossa experiência e teoria demonstram claramente que uma tensão muito pequena na ordem de 0.1% pode controlar não só o tamanho, mas também o sinal do AHE.”
Importante para spintrônica antiferromagnética
A equipe diz que ser capaz de controlar o AHE usando deformação será importante para as chamadas aplicações “spintrônicas” envolvendo materiais antiferromagnéticos. Já o estado semimetálico de Weyl do Mn3O Sn também pode ser comutado eletricamente, a nova descoberta torna o material ainda mais atraente para a spintrônica, e vários grupos ao redor do mundo estão agora trabalhando para fabricá-lo na forma de filme fino.
O presente trabalho é detalhado em Física da Natureza.
