Una válvula de giro o válvula de giro es un dispositivo que consta de dos o más materiales magnéticos conductores cuya resistencia eléctrica puede variar entre dos valores dependiendo de la alineación relativa de la magnetización en las capas. El cambio de resistencia con un cambio en la magnetización de las capas en tal estructura vertical es el resultado del efecto de magnetorresistencia gigante . Las capas magnéticas del dispositivo se alinean "hacia arriba" o "abajo" según la dirección del campo magnético externo . En el caso más simple, una válvula de espín consiste en un material no magnético intercalado entre dos ferroimanes , uno de los cuales es una capa fijada ( fixed ) sobre un antiferromagneto , que actúa para aumentar su coercitividad magnética y se comporta como una capa "dura". mientras que la otra capa ferromagnética es libre y se comporta como una capa "blanda". Debido a la diferencia de coercitividad, la capa blanda cambia de polaridad con cambios menores en el campo magnético que la capa dura. Cuando se aplica un campo magnético de la fuerza adecuada, la capa blanda puede cambiar de polaridad en dos estados diferentes: paralelo, un estado de baja resistencia, y antiparalelo, un estado de alta resistencia.
Las válvulas de espín se basan en una propiedad cuántica de los electrones llamada espín . Debido a la división de la densidad electrónica de los estados en el nivel de Fermi , se observa polarización de espín puro en los ferromagnetos. Por lo tanto, una corriente eléctrica que pasa a través de un ferroimán lleva tanto una carga como un componente de espín. En comparación, un metal ordinario tiene el mismo número de electrones que giran hacia arriba y hacia abajo, por lo que en una situación de equilibrio, dichos materiales soportan una corriente de carga de giro cero. Sin embargo, cuando se pasa una corriente de un ferromagnético a un metal normal, también se transfiere el espín. Por lo tanto, un metal ordinario puede transferir espín entre ferroimanes individuales, siempre que haya una longitud suficiente de difusión de espín.
La transferencia de espín depende de la alineación de los momentos magnéticos en los ferromagnetos. Si una corriente fluye hacia un ferromagnético con el espín principal "hacia arriba", por ejemplo, los electrones con espín hacia arriba pasarán a través de la interfaz relativamente sin obstáculos, y los electrones con espín "hacia abajo" se reflejarán o, con un cambio de espín en la interfaz de el ferromagneto, para caer en un estado vacío. Por lo tanto, si tanto la capa fija como la libre están polarizadas en la misma dirección, el dispositivo tiene una resistencia eléctrica relativamente baja, y si la polaridad de la capa libre cambia bajo la influencia de un campo magnético, entonces el dispositivo tiene una mayor resistencia debido a a la energía adicional requerida para dispersar el espín en la otra condición.
Se necesita una capa de material antiferromagnético para fijar una de las capas ferromagnéticas (es decir, para hacerla fija o magnéticamente dura). Este es el resultado de una gran interacción de intercambio negativo entre el ferromagnético y el antiferromagnético en la región de contacto.
Se necesita una capa no magnética para desacoplar dos capas ferromagnéticas[ ¿Qué? ] , para que al menos uno de ellos quede libre (magnéticamente suave).
El principio básico de funcionamiento de una válvula pseudo-spin es idéntico al de una válvula spin convencional.[ ¿Qué? ] , pero en lugar de cambiar la fuerza coercitiva magnética de diferentes capas ferromagnéticas fijando una con una capa antiferromagnética, se fabrican dos capas de diferentes ferroimanes con diferente coercitividad, por ejemplo, FeNi y Co. Tenga en cuenta que la coercitividad es principalmente una propiedad externa del material y, por lo tanto, está determinada por las condiciones de procesamiento.
Las válvulas giratorias se utilizan en captadores magnéticos y cabezales de lectura de discos duros . [1] También se utilizan en la memoria magnética de acceso aleatorio ( MRAM ).