En tunnelövergång är en anordning som består av två ledande skikt åtskilda av ett isolerande skikt. Klassiskt, motståndet för att driva ström över ett isolerande skikt är oändligt; dock, när det isolerande lagret är tunt (~ 1-2 nanometer), laddningsbärare kan tunnla genom det isolerande lagret, på grund av deras kvantnatur. När de ledande lagren är magnetiska, en magnetisk tunnelövergång (MTJ), vars motstånd beror på de magnetiska konfigurationerna, erhålles. Nuvarande MTJ:er har bara två motståndstillstånd eftersom de stöder antingen parallella eller antiparallella magnetiska konfigurationer av de två magnetiska lagren. Tvåstats-MTJ har spelat en central roll inom spintronik, en gren av elektroniken som använder det magnetiska moment som är förknippat med elektronens spinn utöver elektronladdningen som används i traditionell elektronik. Således, till exempel, tvåtillstånds-MTJ är huvudbyggstenen i det magnetiska direktminnet (MRAM).

Nu, forskare från Bar-Ilan Universitys institution för fysik och Institutet för nanoteknologi och avancerade material, tillsammans med en grupp från Instituto Superior Tecnico (IST), Universidade de Lisboa och INESC Microsystems and Nanotechnologies, har introducerat en ny typ av MTJ med fyra motståndstillstånd, och framgångsrikt demonstrerade växling mellan tillstånden med spinnströmmar. Det ökade antalet tillstånd uppnås genom att ett av de magnetiska lagren ersätts med en struktur i form av två korsande ellipser.

"Eftersom det nyligen har visat sig att strukturer i form av N korsande ellipser kan stödja två i kraften av 2N tillstånd, de nuvarande resultaten kan bana väg för MTJ med mycket större antal motståndstillstånd, " säger Prof. Lior Klein, Ordförande för Bar-Ilan Universitys institution för fysik, som ledde Bar-Ilan-gruppen inklusive Dr. Shubhankar Das, Ariel Zaig, och Dr. Moty Schultz. Prof. Susana Cardoso ledde gruppen från Instituto Superior Tecnico (IST), Universidade de Lisboa och INESC Microsystems and Nanotechnologies, tillsammans med Dr. Diana C. Leitao. "Sådana MTJ:er kan möjliggöra nya spintronics-enheter, t.ex., multi-level MRAM som lagrar data mycket tätare, eller neuromorft minne som möter artificiell intelligens utmaningar vid utförande av kognitiva uppgifter, ", tillägger Klein.