Una giunzione a tunnel è un dispositivo costituito da due strati conduttori separati da uno strato isolante. Classicamente, la resistenza per pilotare la corrente attraverso uno strato isolante è infinita; però, quando lo strato isolante è sottile (~ 1-2 nanometri), i portatori di carica possono passare attraverso lo strato isolante, per la loro natura quantistica. Quando gli strati conduttori sono magnetici, una giunzione a tunnel magnetico (MTJ), la cui resistenza dipende dalle configurazioni magnetiche, è ottenuto. Gli attuali MTJ hanno solo due stati di resistenza in quanto supportano configurazioni magnetiche parallele o antiparallele dei due strati magnetici. L'MTJ a due stati ha giocato un ruolo centrale nella spintronica, un ramo dell'elettronica che utilizza il momento magnetico associato allo spin dell'elettrone oltre alla carica dell'elettrone utilizzata nell'elettronica tradizionale. Così, ad esempio, l'MTJ a due stati è il blocco costitutivo principale della memoria magnetica ad accesso casuale (MRAM).

Ora, ricercatori del Dipartimento di Fisica dell'Università di Bar-Ilan e dell'Istituto di nanotecnologie e materiali avanzati, insieme a un gruppo dell'Istituto Superiore Tecnico (IST), Universidade de Lisboa e INESC Microsystems and Nanotechnologies, hanno introdotto un nuovo tipo di MTJ con quattro stati di resistenza, e dimostrato con successo il passaggio tra gli stati con correnti di spin. L'aumento del numero di stati si ottiene sostituendo uno degli strati magnetici con una struttura a forma di due ellissi incrociate.

"Poiché è stato recentemente dimostrato che le strutture sotto forma di N ellissi incrociate possono supportare due alla potenza di 2N stati, i risultati attuali potrebbero aprire la strada a MTJ con un numero molto maggiore di stati di resistenza, "dice il prof. Lior Klein, Presidente del Dipartimento di Fisica dell'Università Bar-Ilan, che ha guidato il gruppo Bar-Ilan incluso il Dr. Shubhankar Das, Ariel Zaig, e il dottor Moty Schultz. La Prof.ssa Susana Cardoso ha guidato il gruppo dell'Instituto Superior Tecnico (IST), Universidade de Lisboa e INESC Microsystems and Nanotechnologies, insieme alla Dott.ssa Diana C. Leitao. "Tali MTJ possono abilitare nuovi dispositivi spintronici, per esempio., MRAM multilivello che memorizza i dati molto più densamente, o memoria neuromorfica che soddisfa le sfide dell'intelligenza artificiale nell'esecuzione di compiti cognitivi, "aggiunge Klein.