La relatividad sacude a los imanes

Un grupo de investigadores ha predicho y descubierto un nuevo fenómeno físico que permite manipular el estado de un imán mediante señales eléctricas.

Las actuales tecnologías para escribir, almacenar y leer información están basadas o bien en carga eléctrica o en el espín. Las memorias flash o ram son los principales ejemplos entre una gran variedad de dispositivos basados en carga eléctrica. Los investigadores usaron la posibilidad que ofrecen los semiconductores de ser fácilmente manipulables eléctricamente y detectar sus estados de carga electrónica representados por "ceros" y "unos". La desventaja son unas débiles perturbaciones tales como impurezas, cambios de temperatura o radiación que pueden llevar a redistribuciones de carga eléctrica incontroladas y, en consecuencia, pérdidas de datos. Los dispositivos basados en espín operan con un principio enteramente distinto. En algunos materiales, como el hierro, los espines de los electrones generan magnetismo y la posición de los polos norte y sur del imán pueden ser usados para almacenar ceros y unos. Esta tecnología está detrás de aplicaciones de memoria desde las tarjetas de cinta magnética de kilobytes hasta discos duros de terabytes de los ordenadores. Desde que se basan en espín, los dispositivos son mucho más robustos contra las perturbaciones de carga eléctrica. Sin embargo, el inconveniente de las actuales memorias magnéticas es que con el fin de invertir los polos norte y sur del imán, por ejemplo, convertir los ceros en unos y viceversa, el bit magnético tiene que estar acoplado a un electro-imán o a otro imán permanente. Si en su lugar uno puede dar la vuelta a los polos mediante una señal eléctrica sin implicar a otro imán, puede preverse una nueva generación de memorias que combine las ventajas de ambos métodos, espín y carga eléctrica.

Con el fin de sacudir un imán eléctricamente sin implicar a un electro-imán o a otro imán permanente, uno tiene que ir más allá de la realidad de la física clásica y entrar en la mecánica cuántica relativista. La relatividad de Einstein permite a los electrones sujetos a corriente eléctrica ordenar sus espines de manera que se vuelvan magnéticos. Los investigadores tomaron un imán permanente GaMnAs y aplicándole una corriente eléctrica en su interior crearon una nueva nube magnética interna, la cual fue capaz de manipular el imán permanente circundante.

El fenómeno observado está estrechamente relacionado con el efecto Hall de espín intrínseco relativista descubierto en 2004 siguiendo una predicción de 2003. Desde entonces se ha convertido en una demostración de libro acerca de cómo las corrientes eléctricas pueden magnetizar cualquier material. Hace diez años se predijo y descubrió cómo las corrientes eléctricas podían generar corrientes de espín puras mediante la estructura intrínseca de los materiales. Ahora se ha mostrado cómo este efecto puede ser invertido para manipular imanes mediante la polarización inducida por corriente. Estos nuevos fenómenos son un importante tema de investigación hoy en día ya que pueden dar lugar a una nueva generación de dispositivos de memoria.

Via Mainz