Uma das descobertas mais marcantes na spintrônica é a magnetorresistência incomum (UMR). Neste efeito, quando um metal pesado é colocado próximo a um isolador magnético, sua resistência muda e a direção de magnetização gira em um plano perpendicular ao fluxo de corrente. Este comportamento desempenhou um papel fundamental na formação do conceito de magnetorresistência de spin Hall (SMR), que se tornou a interpretação dominante do UMR. Com o tempo, o SMR tem sido amplamente utilizado para interpretar os 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 de Neel.
À medida que mais experimentos foram realizados, os pesquisadores descobriram algo intrigante. A UMR ocorre em quase todos os sistemas magnéticos, mesmo na ausência de materiais de spin Hall. Este efeito também foi detectado em sistemas onde a teoria SMR claramente não se aplica (por exemplo, sistemas sem efeito spin Hall). Para resolver estas inconsistências, os cientistas propuseram um número crescente de explicações alternativas relacionadas com correntes de spin ou efeitos relacionados. Estes incluem Rashba-Edelstein MR, MR spin-orbital, Hall MR anômalo, Hall MR orbital, simetria cristalográfica MR, Rashba-Edelstein MR orbital e Hanle MR. Cada um é projetado para levar em conta sinais “semelhantes a SMR” observados em ambientes experimentais específicos.
Uma nova resposta experimental emerge
Recentemente, o professor Zhu Lijun, do Instituto de Semicondutores da Academia Chinesa de Ciências, e o professor Wang Xiangrong, da Universidade Chinesa de Hong Kong, apresentaram evidências experimentais claras apontando para diferentes origens do UMR universal. Seu trabalho mostrou que esse efeito é causado pela forma como os elétrons se espalham na interface, que é controlada pela magnetização e pelo campo elétrico na interface. Este processo é chamado de relutância de dois vetores. Crucialmente, esta explicação não depende de correntes de spin, o que elimina muitas das complicações encontradas em modelos anteriores.
Seus experimentos mostraram que sinais UMR muito grandes são possíveis mesmo em uma única camada de metal magnético. Descobriram também que o efeito inclui contribuições de ordem superior e segue uma regra de soma universal. Todas essas observações estão de acordo com as previsões do modelo MR de dois vetores, sem invocar um mecanismo baseado em corrente de spin.
Reinterpretando décadas de dados experimentais
Os pesquisadores também examinaram estudos anteriores. Esta reanálise mostra 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 uma estrutura de RM de dois vetores. Além disso, eles destacam algumas descobertas experimentais e teóricas que estão em conflito direto com os modelos de RM baseados em correntes de spin, mas que podem ser explicadas naturalmente pela abordagem de dois vetores.
Desafios para teorias de longa data
Tomados em conjunto, estes resultados representam um sério desafio à teoria há muito aceita da SMR. Eles forneceram a primeira forte confirmação experimental do modelo de magnetorresistência de dois vetores e estabeleceram uma explicação física única e universal para a UMR. Ao fazer isso, este trabalho fornece uma abordagem mais simples e abrangente para a compreensão da magnetorresistência de vários sistemas spintrônicos.
O estudo foi publicado recentemente na National Science Review sob o título “Origens Físicas da Magnetorresistência Anômala Universal”.
