隧道结是由被绝缘层隔开的两个导电层组成的器件。传统上，驱动电流穿过绝缘层的电阻是无穷大;然而，当绝缘层很薄(约 1-2 纳米)时，由于其量子性质，电荷载流子可能会隧道穿过绝缘层。当导电层具有磁性时，会获得磁性隧道结 (MTJ)，其电阻取决于磁性配置。当前的 MTJ 只有两种电阻状态，因为它们支持两个磁性层的平行或反平行磁性配置。双态 MTJ 一直在自旋电子学中发挥核心作用，自旋电子学是电子学的一个分支，除了传统电子学中使用的电子电荷外，还使用与电子自旋相关的磁矩。

现在，巴伊兰大学物理系和纳米技术与先进材料研究所的研究人员，与高等技术研究所 (IST)、里斯本大学和 INESC Microsystems and Nanotechnologies 的一个小组一起，推出了一种具有四电阻的新型 MTJ状态，并成功地展示了具有自旋电流的状态之间的切换。通过用两个交叉椭圆形式的结构替换磁性层之一来实现状态数量的增加。

“正如最近表明的 N 交叉椭圆形式的结构可以支持 2 的 2N 次方，目前的结果可能为具有更多电阻状态的 MTJ 铺平道路，”Lior Klein 教授说， Bar-Ilan 大学物理系主席，领导包括 Shubhankar Das 博士、Ariel Zaig 和 Moty Schultz 博士在内的 Bar-Ilan 小组。Susana Cardoso 教授与 Diana C. Leitao 博士一起领导了来自 Instituto Superior Tecnico (IST)、里斯本大学和 INESC Microsystems and Nanotechnologies 的小组。“这样的 MTJ 可以实现新的自旋电子学设备，例如，可以更密集地存储数据的多级 MRAM，或者在执行认知任务时满足人工智能挑战的神经形态记忆，”Klein 补充道。