electrónica de giro –

Electrónica en la que actuamos sobre el giro de los electrones para controlar su movimiento.

Principio de funcionamiento

La electrónica de espín aprovecha una característica cuántica del electrón, el espín, que puede considerarse como una diminuta aguja de brújula transportada por la partícula. Mientras que la electrónica clásica guía a los electrones ejerciendo una fuerza sobre su carga eléctrica (el movimiento de los electrones constituye una corriente eléctrica), la electrónica de espín los guía actuando sobre su espín. En la práctica, los electrones pasan a través de capas ultrafinas de materiales ferromagnéticos como el hierro o el cobalto, en las que existe una fuerte interacción entre el espín del electrón y la magnetización del material ferromagnético. Al orientar esta magnetización, es posible actuar sobre el espín y controlar el movimiento de los electrones.

De la teoría a las primeras realizaciones

Ya en la década de 1930, Sir Nevill Francis Mott había previsto que el espín intervenía en la conducción eléctrica. La confirmación experimental de esta influencia del espín en el movimiento de los electrones y el desarrollo de modelos teóricos que permitan explicarla tuvo lugar alrededor de 1970 en varios laboratorios europeos, especialmente en Orsay, con una investigación fundamental de A. Fert sobre la conducción en metales ferromagnéticos. . Pero la explotación de este efecto solo fue posible a fines de la década de 1980, cuando los avances tecnológicos permitieron el desarrollo de capas ultrafinas y estructuras artificiales de muy pequeña escala. Los interesantes fenómenos electrónicos de espín se obtienen de hecho en “nanoestructuras magnéticas”, estructuras artificiales que asocian varios materiales en una arquitectura a escala nanométrica. Las primeras nanoestructuras magnéticas eran capas múltiples que apilaban alternativamente capas de un metal ferromagnético (por ejemplo, hierro) y un metal no magnético (por ejemplo, cromo).

Las aplicaciones

La primera manifestación de la electrónica de espín fue la magnetorresistencia gigante de las multicapas magnéticas, descubierta de forma independiente en 1988 por A. Fert en Francia y P. Grünberg en Alemania. Este fenómeno se ha aplicado en particular al desarrollo de cabezales de lectura que han permitido incrementar considerablemente la capacidad de almacenamiento de los discos duros en informática. También se ha explotado en la producción de sensores de campo magnético, utilizados en la industria automotriz y de defensa. Se esperan otras aplicaciones importantes de la electrónica de espín en las tecnologías de la información y la comunicación, en particular en los sectores de la telefonía móvil, la informática portátil y la electrónica de a bordo. Hoy estamos particularmente interesados ​​en las uniones de túneles magnéticos (Uniones de túnel magnético, MTJ) y la magnetorresistencia asociada (Túnel de MagnetoResistencia, TMR). Un MTJ consta de dos capas ferromagnéticas separadas por una capa aislante de aproximadamente un nanómetro de espesor a través de la cual los electrones tienen cierta probabilidad de pasar, mediante un fenómeno cuántico llamado «tunelización». Como en el caso de la magnetorresistencia gigante, la resistencia de la unión es diferente dependiendo de si las magnetizaciones de las capas ferromagnéticas están orientadas en la misma dirección o en la dirección opuesta. Este fenómeno es muy prometedor para la realización de memorias electrónicas permanentes, muy rápidas y energéticamente eficientes, MRAM (Memoria magnética de acceso aleatorio).