Uma das descobertas mais impressionantes na spintrônica é a magnetoresistência incomum (UMR). Nesse efeito, a resistência elétrica de um metal pesado muda quando é colocado ao lado de um isolante magnético e a direção da magnetização se rota dentro de um plano perpendicular ao fluxo de corrente elétrica. Esse comportamento desempenhou um papel fundamental na formação do conceito de magnetoresistência de Hall espinhal (SMR), que se tornou a explicação dominante para a UMR. Com o tempo, a SMR foi amplamente utilizada para interpretar resultados de muitos tipos de experimentos, incluindo medições de magnetoresistência, ressonância ferromagnética de torque de spin, estudos de tensão de Hall harmônica, sensores de campo magnético e a comutação de magnetização ou vetores de Néel.
À medida que mais experimentos foram realizados, os pesquisadores notaram algo intrigante. A UMR apareceu em quase todos os sistemas magnéticos, mesmo em casos onde nenhum material de Hall espinhal estava presente. O efeito também foi detectado em sistemas onde a teoria da SMR claramente não se aplica (por exemplo, aqueles sem efeito de Hall espinhal). Para abordar essas inconsistências, os cientistas propuseram uma lista crescente de explicações alternativas ligadas a correntes de spin ou efeitos relacionados. Isso incluiu MR de Rashba-Edelstein, MR de spin-órbita, MR de Hall anômalo, MR de Hall orbital, MR de simetria cristalina, MR de Rashba-Edelstein orbital e MR de Hanle. Cada uma foi projetada para explicar os sinais “semelhantes à SMR” observados em configurações experimentais específicas.
Uma Nova Resposta Experimental Surge
Recentemente, o Prof. Lijun Zhu do Instituto de Semicondutores da Academia Chinesa de Ciências e o Prof. Xiangrong Wang da Universidade Chinesa de Hong Kong apresentaram evidências experimentais claras apontando para uma origem diferente da UMR universal. Seu trabalho mostra que o efeito surge da forma como os elétrons se dispersam nas interfaces, sendo essa dispersão controlada tanto pela magnetização quanto pelo campo elétrico na interface. Esse processo é conhecido como magnetoresistência de dois vetores. Crucialmente, essa explicação não depende de correntes de spin, o que remove muitas das complicações encontradas em modelos anteriores.
Seus experimentos revelaram que sinais muito grandes de UMR podem aparecer mesmo em metais magnéticos de camada única. Eles também descobriram que o efeito inclui contribuições de ordem superior e segue uma regra de soma universal. Todas essas observações correspondem de perto ao que o modelo de MR de dois vetores prevê, sem a necessidade de invocar mecanismos baseados em correntes de spin.
Reinterpretando Décadas de Dados Experimentais
Os pesquisadores também realizaram uma revisão cuidadosa de estudos anteriores. Essa reanálise mostrou que muitos resultados experimentais influentes, outrora atribuídos à magnetoresistência de Hall espinhal ou a mecanismos relacionados a correntes de spin, ou mesmo não relacionados, podem ser explicados de maneira consistente usando a estrutura da MR de dois vetores. Além disso, eles destacaram várias descobertas experimentais e teóricas que entram em conflito direto com modelos de MR baseados em correntes de spin, mas são explicadas naturalmente pela abordagem dos dois vetores.
Um Desafio a uma Teoria Duradoura
Em conjunto, esses resultados representam um sério desafio à teoria da SMR, amplamente aceita. Eles fornecem a primeira confirmação experimental robusta do modelo de magnetoresistência de dois vetores e estabelecem uma única e universal explicação física para a UMR. Ao fazer isso, o trabalho oferece uma maneira mais simples e abrangente de entender a magnetoresistência em uma ampla gama de sistemas spintrônicos.
Essa pesquisa foi recentemente publicada na National Science Review sob o título “Origem Física da Magnetoresistência Incomum Universal.”
