Un enfoque ingenioso para desarrollar dispositivos de memoria de baja potencia, alta velocidad y alta densidad se basa en la espintrónica, una frontera emergente en tecnología que aprovecha un grado de libertad de electrones conocido como «spin». En pocas palabras, los electrones, junto con su carga negativa, poseen un «espín» cuya orientación se puede controlar mediante campos magnéticos. Esto es particularmente relevante para los aisladores magnéticos, en los que los electrones no pueden moverse, pero el «giro» sigue siendo controlable. En estos materiales, las excitaciones magnéticas pueden dar lugar a una «corriente de espín», que constituye la base de la espintrónica.

Los científicos han estado buscando métodos eficientes para generar la corriente de espín. El «efecto fotogalvánico», un fenómeno caracterizado por la generación de corriente continua a partir de la iluminación de la luz, es particularmente útil en este sentido. Los estudios han encontrado que una corriente de giro «fotogalvánica» se puede generar de manera similar utilizando los campos magnéticos en las ondas electromagnéticas. Sin embargo, actualmente carecemos de materiales candidatos y una formulación matemática general para explorar este fenómeno.

Ahora, el profesor asociado Hiroaki Ishizuka del Instituto de Tecnología de Tokio (Tokyo Tech), junto con su colega, ha abordado estos temas. En su reciente avance publicado en Physical Review Letters, presentaron una fórmula general que se puede utilizar para calcular la corriente de giro fotogalvánica inducida por excitaciones magnéticas oscilantes transversales. Luego utilizaron esta fórmula para comprender cómo surgen las corrientes de espín fotogalvánicas en los compuestos de trihaluro de cromo (Cr) bicapa, a saber, triyoduro de cromo (CrI3) y tribromuro de cromo (CrBr3).

«A diferencia de estudios anteriores que consideraban los campos magnéticos oscilantes longitudinales para generar corrientes de espín, nuestro estudio se centra en los campos magnéticos oscilantes transversales. En base a esto, descubrimos que los procesos que involucran una banda de magnón (cuanto de excitaciones de onda de espín) y dos bandas de magnón contribuyen a la corriente de espín», explica el Dr. Ishizuka al hablar de sus hallazgos.

Usando su fórmula, el dúo descubrió que tanto CrI3 como CrBr3 mostraban una gran corriente de espín fotogalvánico para excitaciones magnéticas correspondientes a ondas electromagnéticas a frecuencias de gigahercios y terahercios. Sin embargo, la corriente sólo aparecía cuando los giros mostraban un ordenamiento antiferromagnético, es decir, los giros sucesivos eran antiparalelos, a diferencia del ordenamiento ferromagnético (los giros sucesivos eran paralelos). Además, la dirección de la corriente de espín estaba gobernada por la orientación del ordenamiento antiferromagnético (ya sea que los espines de la primera y la segunda capa estuvieran dispuestos arriba-abajo o abajo-arriba). Además, señalaron que, a diferencia de los hallazgos anteriores que atribuían la corriente de espín solo al proceso de dos magnones, su fórmula mostraba que, en general, era posible una gran respuesta con el proceso de un solo magnón.

Estos resultados sugieren que la bicapa CrI3 y CrBr3 son fuertes candidatos para investigar el mecanismo asociado con la generación de corriente de espín fotogalvánico. «Nuestro estudio no solo predice contribuciones imprevistas a la corriente de espín, sino que también proporciona una guía para el diseño de nuevos materiales impulsados ​​por el efecto fotogalvánico de las excitaciones magnéticas», destaca el Dr. Ishizuka.