El creciente uso de dispositivos electrónicos por parte de la sociedad motiva la búsqueda de nuevas y mejores técnicas de almacenamiento de datos. Los dispositivos de almacenamiento magnético, como las unidades de disco duro, han sido los pilares del almacenamiento de datos durante las últimas décadas. Sin embargo, estos dispositivos, que utilizan la orientación de bits ferromagnéticos para almacenar datos, se están acercando rápidamente a sus límites físicos. Reemplazar los ferroimanes con antiferromagnetos, el primo magnético de los ferromagnetos, puede abordar esta limitación, pero controlar la orientación magnética de las puntas antiferromagnéticas es un desafío. Para su Ph.D. investigación, Casper Schippers estudió varios aspectos de diferentes materiales antiferromagnéticos para determinar su idoneidad para futuras aplicaciones de almacenamiento de datos.

En los dispositivos de almacenamiento magnético, los datos se almacenan utilizando la orientación de los momentos magnéticos de un bit magnético, que a menudo están hechos de ferromagnetos. Al cambiar la orientación de los momentos magnéticos de arriba hacia abajo, es posible almacenar un "0" o un "1". Sin embargo, los ferroimanes exhiben una magnetización neta, lo que significa que generan un campo magnético errante que puede afectar a los bits adyacentes.

Para resolver este problema, se pueden reemplazar los ferroimanes por antiferroimanes. A diferencia de los ferroimanes, los antiferroimanes son materiales que muestran una magnetización neta cero, a pesar de tener una estructura magnética a nivel atómico como los ferroimanes. Esto significa que tienen una orientación magnética en la que se pueden almacenar datos (como en un ferroimán), pero no generan campos magnéticos dispersos y son extremadamente insensibles a los campos magnéticos.

Para posibles aplicaciones de almacenamiento de datos, eso significa que dos bits antiferromagnéticos adyacentes no tienen forma de afectarse entre sí a través de campos dispersos, que es el problema principal que limita la densidad en el almacenamiento de datos ferromagnéticos.

Sin embargo, esta insensibilidad y ausencia de campos dispersos también dificulta la manipulación e inspección del orden magnético de los antiferromagnetos. Sin embargo, en 2018, los investigadores informaron por primera vez que es posible cambiar intencionalmente la dirección de las brocas antiferromagnéticas utilizando corrientes eléctricas. Este es un paso importante hacia el uso de antiferromagnetos en aplicaciones de almacenamiento de datos.

Independencia de anisotropía

Tener los medios para controlar los bits antiferromagnéticos es solo el comienzo, ya que los investigadores también necesitan saber más sobre cómo las diferentes propiedades de los antiferromagnéticos afectan su capacidad de almacenamiento de datos.

Para su Ph.D. investigación, Casper Schippers estudió varios aspectos diferentes de los antiferromagnetos y cómo estos afectan su uso potencial en dispositivos. Primero, investigó la anisotropía, o la orientación preferida de los momentos magnéticos, en óxido de cobalto antiferromagnético (CoO) (que es un material comúnmente utilizado en antiferromagnetos) usando campos magnéticos altos, donde observó que la anisotropía sí depende de la orientación y fuerza del campo magnético. Esto contrasta con lo que han asumido los investigadores hasta ahora.

Manipulación eléctrica

A continuación, Schippers analizó la manipulación eléctrica de los materiales antiferromagnéticos CoO y el óxido de níquel (NiO). Los experimentos para explorar la posibilidad de manipulación eléctrica a menudo están plagados de efectos parásitos no magnéticos que no se pueden distinguir de los efectos magnéticos reales que los experimentos intentan demostrar. Con esto en mente, Schippers y sus colaboradores estudiaron dos técnicas para desentrañar los efectos magnéticos y no magnéticos cambiando la temperatura y aplicando campos magnéticos elevados.

Finalmente, Schippers también estudió el trisulfuro de fósforo de níquel antiferromagnético, llamado material de Van der Waals (NiPS₃ ). Demostró que cuando el material se interconecta con un ferroimán común y se conduce una corriente a través del ferroimán, puede ejercer pares inesperadamente eficientes en la magnetización del ferroimán.

El trabajo descrito en la tesis de Schipper aumenta nuestra comprensión fundamental de los antiferromagnetos y se suma a las herramientas disponibles para investigar y trabajar con antiferromagnetos. La investigación de Schipper allana el camino hacia el uso activo de antiferromagnetos en dispositivos de almacenamiento de datos en el futuro. + Explora más

Científicos desentrañan el misterio del 'efecto Hall' en busca de dispositivos de almacenamiento de memoria de próxima generación