Uma simples descoberta está abalando os alicerces da spintrônica
Uma das descobertas mais marcantes na spintrônica é a magnetorresistência incomum (UMR). Neste efeito, a resistência elétrica de um metal pesado muda quando ele é colocado próximo a um isolador magnético e a direção da magnetização gira dentro de um plano perpendicular ao fluxo da corrente elétrica. Este comportamento desempenhou um papel fundamental na formação do conceito de magnetorresistência de spin Hall (SMR), que se tornou a explicação dominante para a UMR. Com o tempo, o SMR tem sido amplamente utilizado para interpretar resultados de muitos tipos de experimentos, incluindo medições de magnetorresistência, ressonância ferromagnética de torque de spin, estudos de tensão Hall harmônica, sensores de campo magnético e comutação de magnetização ou vetores Néel.
À medida que mais experimentos foram realizados, os pesquisadores notaram algo intrigante. A UMR apareceu em quase todos os sistemas magnéticos, mesmo nos casos em que nenhum material de spin Hall estava presente. O efeito também foi detectado em sistemas onde a teoria SMR claramente não se aplica (por exemplo, aqueles sem efeito spin Hall). Para resolver estas inconsistências, os cientistas propuseram uma lista crescente de explicações alternativas ligadas às correntes de spin ou efeitos relacionados. Estes incluíram Rashba-Edelstein MR, MR spin-órbita, Hall MR anômalo, Hall MR orbital, MR de simetria de cristal, Rashba-Edelstein MR orbital e Hanle MR. Cada um foi projetado para levar em conta os sinais “semelhantes a SMR” observados em configurações experimentais específicas.
Surge uma nova resposta experimental
Mais recentemente, o Prof. Lijun Zhu do Instituto de Semicondutores da Academia Chinesa de Ciências e o Prof. Xiangrong Wang da Universidade Chinesa de Hong Kong apresentaram evidências experimentais claras apontando para uma origem diferente do UMR universal. Seu trabalho mostra que o efeito surge da forma como os elétrons se espalham nas interfaces, sendo esse espalhamento controlado tanto pela magnetização quanto pelo campo elétrico na interface. Este processo é conhecido como magnetorresistência de dois vetores. Crucialmente, esta explicação não depende de correntes de spin, o que elimina muitas das complicações encontradas em modelos anteriores.
Seus experimentos revelaram que sinais UMR muito grandes podem aparecer mesmo em metais magnéticos de camada única. Descobriram também que o efeito inclui contribuições de ordem superior e segue uma regra de soma universal. Todas essas observações correspondem ao que o modelo MR de dois vetores prevê, sem a necessidade de invocar mecanismos baseados em corrente de spin.
Reinterpretando Décadas de Dados Experimentais
Os pesquisadores também realizaram uma revisão cuidadosa de estudos anteriores. Esta reanálise mostrou que muitos resultados experimentais influentes, uma vez atribuídos à magnetorresistência de spin Hall ou outros mecanismos relacionados à corrente de spin, ou mesmo não relacionados, podem ser consistentemente explicados usando a estrutura de RM de dois vetores. Além disso, eles destacaram várias descobertas experimentais e teóricas que entram em conflito direto com os modelos de RM baseados em correntes de spin, mas são naturalmente explicadas pela abordagem de dois vetores.
Um desafio para uma teoria de longa data
Juntos, esses resultados representam um sério desafio para a teoria SMR há muito aceita. Eles fornecem a primeira forte confirmação experimental do modelo de magnetorresistência de dois vetores e estabelecem uma explicação física única e universal para a UMR. Ao fazer isso, o trabalho oferece uma maneira mais simples e abrangente de compreender a magnetorresistência em uma ampla gama de sistemas spintrônicos.
Esta pesquisa foi publicada recentemente na National Science Review sob o título “Origem Física da Magnetorresistência Universal Incomum”.
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