(Izquierda) Una imagen de microscopio electrónico de transmisión transversal del material de investigación en una capa de tungsteno (W) y óxido de magnesio (MgO). (Derecha) Una vista de arriba hacia abajo del material con una imagen insertada que muestra átomos de manganeso en rojo y átomos de estaño en azul claro. Crédito:Nakatsuji y otros.
Las computadoras y los teléfonos inteligentes tienen diferentes tipos de memoria, que varían en velocidad y eficiencia energética según el lugar del sistema en el que se utilicen. Por lo general, las computadoras más grandes, especialmente las de los centros de datos, usarán muchos discos duros magnéticos, que ahora son menos comunes en los sistemas de consumo. La tecnología magnética en la que se basan proporciona una capacidad muy alta, pero carece de la velocidad de la memoria del sistema de estado sólido. Los dispositivos basados en la próxima tecnología espintrónica pueden cerrar esa brecha y mejorar radicalmente incluso el rendimiento teórico de los dispositivos electrónicos clásicos.
El profesor Satoru Nakatsuji y el profesor asociado del proyecto Tomoya Higo del Departamento de Física de la Universidad de Tokio, junto con su equipo, exploran el mundo de la espintrónica y otras áreas relacionadas de la física del estado sólido; en términos generales, la física de las cosas que funcionan sin moverse. . A lo largo de los años, han estudiado tipos especiales de materiales magnéticos, algunos de los cuales tienen propiedades muy inusuales. Estará familiarizado con los ferromagnetos, ya que estos son los tipos que existen en muchas aplicaciones cotidianas, como los discos duros de las computadoras y los motores eléctricos; probablemente incluso tenga algunos pegados a su refrigerador. Sin embargo, de mayor interés para el equipo son los materiales magnéticos más oscuros llamados antiferromagnetos.
"Al igual que los ferromagnetos, las propiedades magnéticas de los antiferromagnetos surgen del comportamiento colectivo de sus partículas componentes, en particular, los giros de sus electrones, algo análogo al momento angular", dijo Nakatsuji. "Ambos materiales se pueden usar para codificar información al cambiar grupos localizados de partículas constituyentes. Sin embargo, los antiferromagnetos tienen una clara ventaja en la alta velocidad a la que se pueden realizar estos cambios en los estados de espín que almacenan información, a costa de una mayor complejidad. "
"Ya existen algunos dispositivos de memoria espintrónica. La MRAM (memoria magnetorresistiva de acceso aleatorio) se ha comercializado y puede reemplazar la memoria electrónica en algunas situaciones, pero se basa en la conmutación ferromagnética", dijo Higo. "Después de una cantidad considerable de pruebas y errores, creo que somos los primeros en informar sobre el cambio exitoso de los estados de espín en el material antiferromagnético Mn3 Sn utilizando el mismo método que el utilizado para los ferroimanes en la MRAM, lo que significa que hemos logrado que la sustancia antiferromagnética actúe como un dispositivo de memoria simple".
Este método de conmutación se denomina conmutación de torsión de giro-órbita (SOT) y es motivo de entusiasmo en el sector de la tecnología. Utiliza una fracción de la energía para cambiar el estado de un bit (1 o 0) en la memoria, y aunque los experimentos de los investigadores implicaron cambiar su Mn3 Sn en tan solo unos pocos milisegundos (milésima de segundo), confían en que la conmutación SOT podría ocurrir en la escala de picosegundos (trillonésima de segundo), que sería órdenes de magnitud más rápida que la velocidad de conmutación del estado actual. chips electrónicos de computadora de última generación.
"Logramos esto gracias al material único Mn3 Sn", dijo Nakatsuji. "Resultó mucho más fácil trabajar con él de esta forma que con otros materiales antiferromagnéticos".
"No hay un libro de reglas sobre cómo fabricar este material. Nuestro objetivo es crear una red cristalina plana y pura de Mn3 Sn a partir de manganeso y estaño usando un proceso llamado epitaxia de haz molecular", dijo Higo. "Hay muchos parámetros en este proceso que tienen que ajustarse, y todavía estamos refinando el proceso para ver cómo podría ampliarse si es convertirse en un método industrial algún día".
La investigación fue publicada en Nature . La manipulación eléctrica de partículas magnéticas permite una gran memoria de alta velocidad
