Ahora el magnetismo tiene un interruptor: físicos logran encenderlo y apagarlo con electricidad
Los protones cambian la disposición de los átomos de oxígeno y reconfiguran el funcionamiento de la película de óxido.
Los físicos aprendieron a apagar y volver a encender completamente, mediante electricidad, la señal que permite leer la dirección de la magnetización dentro de un material magnético delgado. En la estructura de óxido, una tensión de +1,4 V suprimía la señal, y −1,0 V la devolvía casi a su nivel original. El ferromagnetismo en sí apenas cambiaba al conmutar, por lo que los investigadores obtuvieron efectivamente un botón eléctrico para controlar la forma de leer el estado magnético.
El experimento se basa en el efecto Hall: las cargas eléctricas en el material se desvían hacia un lado y entre los bordes aparece una tensión transversal. En los materiales magnéticos una respuesta similar puede surgir sin la geometría habitual de un campo magnético externo. Los autores trabajaron con su variante relativamente nueva, en la que la señal eléctrica permite seguir la magnetización que yace directamente en el plano de la película delgada.
Para el experimento los físicos fabricaron una estructura de tres capas CaRuO3/La2/3Ca1/3MnO3/CaRuO3. Las capas adyacentes modifican ligeramente la red cristalina del magnético La2/3Ca1/3MnO3 y rompen su simetría especular. Gracias a esa reestructuración, el material genera una señal eléctrica transversal claramente distinguible cuando la magnetización se invierte dentro del plano.
Luego los investigadores añadieron una compuerta con líquido iónico y comenzaron a variar la tensión. Hasta 1,0 V la respuesta casi no cambiaba; después de 1,1 V se debilitó rápidamente, y a 1,4 V desapareció por completo. Todas las mediciones de Hall las realizaron a 10 K. Resultados del estudio muestran que la magnitud de la señal puede regularse de forma continua, y que los estados extremos pueden emplearse como los condicionales ON y OFF.
Los autores explican el conmutado por la penetración de protones en las capas de CaRuO3. La tensión positiva desencadena el proceso en el líquido iónico, tras lo cual los protones entran en la red cristalina y cambian levemente la posición de los átomos de oxígeno. Los octaedros de oxígeno giran menos, la capa magnética vecina también se reestructura, y la ruptura de la simetría especular disminuye. Cuando la simetría se aproxima a la original, el efecto Hall anómalo en el plano desaparece.
Al mismo tiempo, el orden magnético no desaparecía junto con la respuesta eléctrica. El campo coercitivo, es decir, el campo necesario para invertir la magnetización, casi no cambió. Por tanto, la tensión no apagó el ferromagnetismo como propiedad física del material, sino que modificó el mecanismo que convierte el estado magnético en una señal eléctrica medible.
Fue posible invertir la conmutación. Tras +1,4 V la señal desaparecía, y a −1,0 V volvía aproximadamente a su valor inicial. Los autores consideran este principio como posible base para elementos programables de la espintrónica, donde el estado magnético puede leerse y reajustarse eléctricamente sin un conmutador mecánico o magnético separado.
La tecnología aún no ha llegado a la electrónica convencional. El experimento requirió una temperatura de 10 K y una estructura multicapa especialmente crecida. El siguiente objetivo es lograr un control igualmente fiable en materiales capaces de funcionar a temperaturas mucho más altas.