Los científicos encuentran una forma sorprendente de afectar las propiedades de almacenamiento de información en las aleaciones metálicas.

A veces, los descubrimientos científicos se pueden encontrar a lo largo de caminos trillados. Eso demostró el caso de un material de aleación de cobalto-hierro que se encuentra comúnmente en las unidades de disco duro.

Como se informó en una edición reciente de Cartas de revisión física , investigadores del Laboratorio Nacional Argonne del Departamento de Energía de EE. UU. (DOE), junto con la Universidad de Oakland en Michigan y la Universidad Fudan en China, han encontrado un sorprendente efecto cuántico en esta aleación.

El efecto implica la capacidad de controlar la dirección del giro del electrón, y podría permitir a los científicos desarrollar materiales más potentes y energéticamente eficientes para el almacenamiento de información. Al cambiar la dirección de giro del electrón en un material, los investigadores pudieron alterar su estado magnético. Este mayor control de la magnetización permite almacenar y recuperar más información en un espacio más pequeño. Un mayor control también podría generar aplicaciones adicionales, como motores eléctricos más eficientes energéticamente, generadores y cojinetes magnéticos.

El efecto que descubrieron los investigadores tiene que ver con la "amortiguación, "en el que la dirección del giro de los electrones controla cómo el material disipa la energía". Cuando conduce su automóvil por una carretera plana sin viento, la energía que se disipa del arrastre es la misma independientemente de la dirección en la que viaje, "dijo el científico de materiales de Argonne Olle Heinonen, un autor del estudio. "Con el efecto que descubrimos, es como si su automóvil experimentara más resistencia si viaja de norte a sur que si viaja de este a oeste ".

"En términos técnicos, descubrimos un efecto considerable de la amortiguación magnética en capas a nanoescala de aleación de cobalto-hierro recubiertas en un lado de un sustrato de óxido de magnesio, "añadió el científico de materiales de Argonne Axel Hoffmann, otro autor del estudio. "Al controlar el espín del electrón, la amortiguación magnética dicta la tasa de disipación de energía, controlar aspectos de la magnetización ".

El descubrimiento del equipo resultó especialmente sorprendente porque la aleación de cobalto-hierro se había utilizado ampliamente en aplicaciones como discos duros magnéticos durante muchas décadas. y sus propiedades han sido investigadas a fondo. Era sabiduría convencional que este material no tenía una dirección preferida para el giro de los electrones y, por lo tanto, la magnetización.

En el pasado, sin embargo, los científicos prepararon la aleación para su uso "horneándola" a alta temperatura, que ordena la disposición de los átomos de cobalto y hierro en una red regular, eliminando el efecto direccional. El equipo observó el efecto al examinar las aleaciones de hierro y cobalto sin hornear, en el que los átomos de cobalto y hierro pueden ocupar aleatoriamente los sitios del otro.

El equipo también pudo explicar la física subyacente. En una estructura de cristal, los átomos normalmente se sientan a intervalos perfectamente regulares en una disposición simétrica. En la estructura cristalina de ciertas aleaciones, existen ligeras diferencias en la separación entre átomos que pueden eliminarse mediante el proceso de horneado; estas diferencias permanecen en un material "sin hornear".

Exprimir tal material a nivel atómico cambia aún más la separación de los átomos, resultando en diferentes interacciones entre espines atómicos en el ambiente cristalino. Esta diferencia explica cómo el efecto de amortiguación sobre la magnetización es grande en algunas direcciones, y pequeño en otros.

El resultado es que distorsiones muy pequeñas en la disposición atómica dentro de la estructura cristalina de la aleación de cobalto-hierro tienen implicaciones gigantes para el efecto de amortiguación. El equipo realizó cálculos en las instalaciones de computación de liderazgo de Argonne, una instalación para usuarios de la Oficina de Ciencias del DOE, que confirmaron sus observaciones experimentales.

El trabajo de los investigadores aparece en la edición en línea del 21 de marzo de Cartas de revisión física y tiene derecho, "Anisotropía gigante de la amortiguación de Gilbert en películas epitaxiales de CoFe".