Imanes bidimensionales

Los imanes de espesor atómico auguran mejoras en el almacenamiento de datos.

THOMAS FUCHS

Desde los ordenadores hasta las tarjetas de crédito y los servidores en la nube, la tecnología actual depende de los imanes para conservar datos codificados en los dispositivos de almacenamiento. Pero la capacidad de estos sistemas se ve limitada por el tamaño de los imanes: por fino que sea el imán, ocupa un espacio que podría servir para guardar información.

Ahora, los autores de un trabajo publicado en Nature Communications han diseñado uno de los imanes más finos del mundo: una lámina flexible de cobalto y óxido de zinc de tan solo un átomo de espesor. «Eso significa que podemos almacenar más datos con la misma cantidad de materiales», destaca Jie Yao, ingeniero de la Universidad de California en Berkeley y autor principal del estudio.

Además de reducir el tamaño de los dispositivos tradicionales de almacenamiento de datos, los imanes de menos de un nanómetro de grosor son indispensables para desarrollar la electrónica del espín, o espintrónica. Esta técnica emplea la dirección del espín de los electrones, en lugar de su carga, para codificar los datos. Tales imanes incluso podrían ayudar a llevar los electrones a una superposición cuántica, una situación donde las partículas quedan descritas por varios estados distintos al mismo tiempo. De este modo, los datos podrían almacenarse empleando tres estados (con el espín apuntando «hacia arriba», «hacia abajo», o en una superposición de ambas orientaciones) en vez de los dos habituales.

Por lo general, los imanes nanoscópicos deben enfriarse a temperaturas de hasta –200 grados Celsius para preservar los campos magnéticos. Este requisito supone un gran obstáculo para crear dispositivos espintrónicos comerciales o para reducir el tamaño de los sistemas actuales de almacenamiento de datos. «Uno no quiere llevar encima un refrigerador criogénico», razona David Awschalom, experto en espintrónica de la Universidad de Chicago ajeno al estudio. «Así que es bastante importante disponer de un material que sea compacto y flexible a temperatura ambiente.»

La red bidimensional del nuevo imán funciona sin problemas a temperatura ambiente, e incluso se mantiene magnetizada en condiciones tan calientes como para que hierva el agua. La decisión de combinar esos elementos concretos fue crucial: el zinc y el oxígeno por sí mismos no son magnéticos, pero interactúan con metales magnéticos como el cobalto. El equipo moduló la intensidad magnética de los materiales ajustando la proporción entre los átomos de cobalto y las moléculas de óxido de zinc. El valor óptimo se situó en torno al 12 por ciento de cobalto: por debajo del 6 por ciento, el imán era demasiado débil para resultar eficaz, y por encima del 15 por ciento se tornaba inestable.

Yao cree que los electrones móviles del óxido de zinc ayudan a estabilizar los átomos de cobalto, manteniendo intacto el campo magnético. «La hipótesis actual», explica, «es que los electrones actúan como mensajeros que permiten que los átomos de cobalto “hablen” entre ellos».

Stefano Sanvito, físico computacional del Trinity College de Irlanda que tampoco participó en el estudio, afirma que la utilidad del imán dependerá de cómo interactúe con otros materiales bidimensionales. Apilando diversas capas de un solo átomo «como en una baraja de cartas», añade, los ingenieros podrán diseñar dispositivos espintrónicos para multitud de aplicaciones, desde la encriptación segura de datos hasta la computación cuántica. «Va a ser muy divertido», concluye el investigador.

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