El efecto Hall Cristalino, un descubrimiento con el potencial de mejorar la computación

Rafael González, profesor del departamento de Física y Geociencias de Uninorte, hizo parte de una investigación en la que hallaron que existen materiales propicios para el diseño de dispositivos microelectrónicos más pequeños y que consumen menos energía.

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Los materiales antiferromagnéticos representan una promisoria alternativa para la fabricación de memorias RAM y transistores.

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06 jul 2020

El físico norteamericano Edwin Hall hace aproximadamente 140 años se interesó en el estudio de la relación entre el magnetismo y la electricidad lo que resulta en movimiento. Este efecto lleva el nombre del efecto Hall en honor al profesor y su conocimiento permite que funcionen sensores digitales en brújulas, celulares, televisores y otro sinnúmero de artículos de uso diario. 

Cuando los electrones en una corriente eléctrica adquieren una velocidad perpendicular a su movimiento debido a la presencia de un campo magnético externo, se presenta el efecto Hall. Esta velocidad perpendicular genera un voltaje que permite conocer el valor del campo magnético externo con alta precisión. Este fenómeno ha llevado a la fabricación de sensores magnéticos que se encuentran en los sensores de posición, airbags, frenos ABS, indicadores de nivel gasolina, entre otras aplicaciones.

Hall también se preguntó sobre los materiales y cómo los afecta el campo magnético y encontró lo que se conoce como el efecto Hall anómalo. Es decir, que en materiales ferromagnéticos —con los que hacemos imanes comunes— que están hechos de elementos como hierro o cobalto, el efecto Hall cambia, y en muchos casos se ve amplificado. 

Recientemente, Rafael González, profesor del departamento de Física y Geociencias de Uninorte, hizo parte de una investigación, publicada en la revista Science, una de las más importantes a nivel mundial, en la que reportaron el descubrimiento de lo que llamaron el efecto Hall Cristalino. Este aparece en los materiales antiferromagnéticos, como el óxido de rutenio y el fluoruro de níquel, en los cuales la posición de los átomos no magnéticos dentro del material (por su estructura cristalina) hace que los electrones adquieran una desviación perpendicular a su movimiento. 


Rafael González, docente del departamento de Física y Geociencias de Uninorte.

 

El docente explicó que anteriormente se había postulado que los materiales antiferromagnéticos no presentaban espontáneamente el efecto Hall, debido a que la presencia de pequeños imanes alineados de forma antiparalela hacía que se cancelaran las desviaciones de los electrones, por lo que el voltaje Hall sería cero. En su investigación, el profesor y sus colegas encontraron que existen ciertos materiales antiferromagnéticos en los cuáles es posible evidenciar el efecto Hall de forma espontánea, lo que abre la puerta a nuevas aplicaciones para estos materiales.

Esta investigación se hizo con el apoyo de la Fundación Alexander Von Humboldt, de la que González es becario. Esta red de investigadores mundial, financiada por el Gobierno alemán, lleva más de 60 años apoyando a la ciencia y cuenta con más de 50 premios Nobel entre sus miembros. El docente de Uninorte pudo realizar una estancia de investigación posdoctoral en la Universidad de Mainz, donde trabajó en conjunto con Jairo Sinova, Libor Smejkal y Tomas Jungwirth en el estudio. 

Esta área de investigación es conocida como espintrónica, donde se combinan las propiedades magnéticas y eléctricas de los electrones y de los materiales para diseñar nuevos dispositivos más eficientes y mucho más veloces. 

Los materiales antiferromagnéticos representan una promisoria alternativa para la fabricación de novedosas memorias RAM (memoria que se encarga de la lectura y escritura de archivos en computadoras) magnéticas. Las ventajas son que estos materiales, a diferencia de los ferromagnéticos, no tienen una magnetización macroscópica y no son afectados por campos magnéticos externos, lo que significa que tienen una frecuencia de trabajo más alta y permitirán el diseño de dispositivos microelectrónicos, como transistores o memorias RAM, mucho más eficientes, más pequeños y con un menor consumo de energía. 

Actualmente, el grupo de Física de la Materia Condensada de Uninorte se encuentra trabajando colaborativamente con el grupo de SPICE de la Universidad Johannes Gutenberg (UJG) en la simulación computacional de materiales antiferromagnéticos con el efecto Hall cristalino. Uno de los doctorantes del grupo del profesor González participó en una estancia de investigación en el grupo SPICE en el marco de la cooperación Uninorte-UJG (Mainz).

Por Leonardo Carvajalino

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