La investigación sobre los altermagnets ha cobrado un notable impulso en la comunidad científica internacional, gracias a su capacidad para exhibir un desdoblamiento de espín dependiente del momento sin la necesidad de un acoplamiento espín-órbita (SOC) o magnetización neta. Un equipo liderado por el profesor Liu Junwei, del Departamento de Física de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Hong Kong (HKUST), ha realizado un avance significativo al publicar sus hallazgos en Nature Physics, donde presentan la primera observación experimental de un altermagnet bidimensional en capas a temperatura ambiente.
Un nuevo horizonte para la spintrónica
La capacidad de realizar y controlar estados electrónicos polarizados por espín es fundamental para la spintrónica, un campo que busca el aprovechamiento de la propiedad del espín de los electrones para la codificación y procesamiento de información. Tradicionalmente, la polarización de espín se genera mediante el acoplamiento del espín de un electrón con otros grados de libertad, como los momentos orbitales o magnéticos.
Los estudios realizados por el profesor Liu y su equipo proponen un nuevo mecanismo para el desdoblamiento de espín en antiferromagnéticos, donde las subredes conectadas por simetría cristalina permiten un acoplamiento de intercambio que produce un desdoblamiento de espín significativo, junto con un exclusivo bloqueo de espín-valle C-pareado. Este fenómeno opera independientemente del SOC o de la magnetización neta, combinando la estabilidad de los dispositivos antiferromagnéticos con largas vidas de espín.
Los altermagnets, como han sido denominados estos antiferromagnéticos poco convencionales, fueron reconocidos como uno de los diez grandes avances por Science en 2024. Sin embargo, a pesar de los esfuerzos teóricos y experimentales, los materiales emergentes que se han explorado, como α-MnTe, CrSb, MnTe2 y RuO2, no cumplen con los requisitos de simetría y conductividad para corrientes de espín conservadas debido a su naturaleza altermagnética.
Por lo tanto, la exploración de materiales en capas en altermagnets se torna esencial para el desarrollo de dispositivos spintrónicos de alta densidad, alta velocidad y bajo consumo energético. La observación de un altermagnet bidimensional a temperatura ambiente por parte del profesor Liu aporta una nueva perspectiva a esta área de investigación.
Los hallazgos clave incluyen la observación directa del bloqueo de espín-valle C-pareado a través de medidas de espectroscopía de fotoemisión con espín y ángulo (Spin-ARPES), así como patrones de interferencia de cuasipartículas que revelan una reducción de la dispersión intervalle, gracias a las reglas de selección de espín. Este nuevo tipo de efecto de desdoblamiento de espín, junto con la confirmación de un carácter bidimensional fuerte, establece un nuevo estándar para futuros estudios y aplicaciones en la spintrónica y la valleytrónica.
Los resultados experimentales se alinean perfectamente con los cálculos de primeros principios, lo que refuerza la confianza en las teorías propuestas y sugiere un potencial acceso a corrientes de espín conservadas y un piezomagnetismo poco convencional. Este avance no solo abre nuevas vías para la investigación científica, sino que también podría tener un impacto significativo en el desarrollo de tecnologías futuras que demanden un uso más eficiente de la energía.
