En un avance para la espintrónica y la microscopía electrónica, investigadores del Laboratorio Nacional Brookhaven del Departamento de Energía de EE. UU. han logrado la primera imagen a nanoescala en tiempo real de ondas de espín. Publicado en *Nature Materials* el 27 de enero de 2025, el estudio detalla una nueva técnica que combina la microscopía electrónica con la tecnología de microondas para observar el comportamiento de las ondas de espín con una resolución espacial y temporal sin precedentes.
"Nuestra configuración de imágenes es verdaderamente innovadora, lo que nos permite observar directamente el comportamiento de las ondas de espín con una resolución espacial y temporal alta sin precedentes", dijo Chuhang Liu, autor principal y estudiante de doctorado en la Universidad de Stony Brook. Este avance aborda un desafío importante en la magnónica, un subconjunto de la espintrónica, que requiere una imagen eficaz de las ondas de espín a nanoescala para avanzar en la microelectrónica de eficiencia energética y las tecnologías de procesamiento de la información.
El equipo creó y estabilizó una estructura magnética topológica única en películas delgadas de permalloy, excitando los espines utilizando señales de radiofrecuencia. Esto les permitió observar la generación, propagación, reflexión e interferencia de las ondas de espín, revelando que estas ondas se forman preferentemente en anti-vórtices y están asociadas con el movimiento oscilatorio de paredes de dominio específicas. Estos conocimientos son cruciales para comprender el procesamiento de señales de eficiencia energética.
Este logro se basa en la historia de dos décadas de Brookhaven en la obtención de imágenes de estructuras de espín utilizando el primer microscopio electrónico de transmisión de Lorentz (LTEM) dedicado de EE. UU. La integración de un pulsador de electrones ultrarrápido mediado por frecuencia de microondas, desarrollado inicialmente en asociación con Euclid Techlabs, LLC, permitió la captura de la dinámica de ondas de espín a velocidades de picosegundos. "Nuestro trabajo abre una nueva frontera en la microscopía electrónica, ofreciendo una vista a nanoescala sin precedentes de la dinámica de los magnones", dijo el físico de Brookhaven Yimei Zhu.
El desarrollo es particularmente significativo para la computación neuromórfica, que tiene como objetivo replicar la eficiencia energética y las capacidades de procesamiento paralelo del cerebro humano. El método de activación eléctrica utilizado en este estudio refleja la señalización basada en picos eléctricos que se encuentra en las sinapsis biológicas, lo que lo hace esencial para imitar el comportamiento de la red neuronal en sistemas artificiales. Esta investigación cierra la brecha entre la investigación fundamental y las aplicaciones prácticas en tecnologías inalámbricas y computación cuántica.