Une jonction tunnel est un dispositif constitué de deux couches conductrices séparées par une couche isolante. Classiquement, la résistance pour conduire le courant à travers une couche isolante est infinie; cependant, lorsque la couche isolante est mince (~ 1-2 nanomètres), les porteurs de charge peuvent tunnel à travers la couche isolante, en raison de leur nature quantique. Lorsque les couches conductrices sont magnétiques, une jonction tunnel magnétique (MTJ), dont la résistance dépend des configurations magnétiques, Est obtenu. Les MTJ actuels n'ont que deux états de résistance car ils prennent en charge des configurations magnétiques parallèles ou anti-parallèles des deux couches magnétiques. Le MTJ à deux états a joué un rôle central dans la spintronique, une branche de l'électronique qui utilise le moment magnétique associé au spin de l'électron en plus de la charge électronique utilisée en électronique traditionnelle. Ainsi, par exemple, la MTJ à deux états est le bloc de construction principal de la mémoire magnétique à accès aléatoire (MRAM).

Maintenant, des chercheurs du département de physique et de l'institut de nanotechnologie et des matériaux avancés de l'université Bar-Ilan, avec un groupe de l'Instituto Superior Tecnico (IST), Universidade de Lisboa et INESC Microsystèmes et Nanotechnologies, ont introduit un nouveau type de MTJ avec quatre états de résistance, et démontré avec succès la commutation entre les états avec des courants de spin. L'augmentation du nombre d'états est obtenue en remplaçant l'une des couches magnétiques par une structure en forme de deux ellipses croisées.

"Comme il a été récemment montré que des structures sous forme de N ellipses croisées peuvent supporter deux états à la puissance 2N, les résultats actuels peuvent ouvrir la voie à des MTJ avec un nombre beaucoup plus important d'états de résistance, " dit le Pr Lior Klein, Président du Département de physique de l'Université Bar-Ilan, qui a dirigé le groupe Bar-Ilan comprenant le Dr Shubhankar Das, Ariel Zaig, et le Dr Moty Schultz. Le professeur Susana Cardoso a dirigé le groupe de l'Instituto Superior Tecnico (IST), Universidade de Lisboa et INESC Microsystèmes et Nanotechnologies, avec le Dr Diana C. Leitao. « De tels MTJ peuvent permettre de nouveaux dispositifs de spintronique, par exemple., MRAM multi-niveaux qui stocke les données de manière beaucoup plus dense, ou la mémoire neuromorphique qui répond aux défis de l'intelligence artificielle dans la réalisation de tâches cognitives, " ajoute Klein.