Investigadores del Departamento de Física de la Universidad de Oxford han logrado un gran avance en la creación y diseño de remolinos magnéticos en membranas que pueden integrarse perfectamente con el silicio. Estos remolinos magnéticos parecidos a huracanes, que se cree que se mueven a velocidades increíbles de hasta kilómetros por segundo, podrían usarse como portadores de información en una nueva generación de plataformas informáticas ecológicas y súper rápidas.
El estudio, "Estados antiferromagnéticos espacialmente reconfigurables en nanomembranas independientes topológicamente ricas", se ha publicado en Nature Materials. .
Tradicionalmente, estos esquivos remolinos sólo podían producirse en materiales que tenían una compatibilidad limitada con el silicio, lo que dificultaba su aplicación práctica. Este obstáculo se superó mediante el desarrollo de una nueva forma de capas magnéticas que pueden separarse de sus cristales originales y transferirse a cualquier plataforma deseada, como una oblea de silicio.
El trabajo fue dirigido por el Dr. Hariom Jani del Departamento de Física de la Universidad de Oxford, que trabaja en el grupo de investigación del profesor Paolo Radaelli, en colaboración con la Universidad Nacional de Singapur y Swiss Light Source.
El Dr. Jani dijo:"La informática basada en silicio es demasiado ineficiente desde el punto de vista energético para la próxima generación de aplicaciones informáticas, como la IA a gran escala y los dispositivos autónomos. Superar estos desafíos requerirá un nuevo paradigma informático que utilice fenómenos físicos que sean a la vez rápidos y eficiente para aumentar la tecnología actual."
"Hemos estado estudiando cómo aprovechar los remolinos magnéticos en una clase especial de materiales llamados antiferroimanes, que son entre 100 y 1.000 veces más rápidos que los dispositivos modernos. El problema hasta la fecha ha sido que estos remolinos sólo pueden crearse en plantillas de cristal rígido que son incompatibles con tecnología actual basada en silicio, por lo que nuestro objetivo era encontrar una manera de traducir estos exóticos remolinos al silicio."
"Para lograrlo, fabricamos membranas cristalinas ultrafinas de hematita (el principal componente de la oxidación y, por tanto, el antiferroimán más abundante) que se extendían lateralmente a lo largo de dimensiones macroscópicas", explica el profesor Radaelli. "Estas membranas son relativamente nuevas en el mundo de los materiales cuánticos cristalinos y combinan características ventajosas tanto de la cerámica 3D en masa como de los materiales 2D, además de ser fácilmente transferibles".
La capa de hematita se hizo crecer sobre una plantilla de cristal recubierta con una "capa de sacrificio" especial hecha de un componente de cemento. Esta capa de sacrificio se disolvió en agua, separando fácilmente la hematita de la base del cristal. Finalmente, la membrana de hematita independiente se transfirió al silicio y a varias otras plataformas deseables.
El grupo desarrolló una nueva técnica de obtención de imágenes utilizando rayos X polarizados linealmente para visualizar los patrones magnéticos a nanoescala dentro de estas membranas. Este método reveló que las capas independientes pueden albergar una familia robusta de remolinos magnéticos. Potencialmente, esto podría permitir un procesamiento de información ultrarrápido.
"Uno de nuestros descubrimientos más interesantes fue la extrema flexibilidad de nuestras membranas de hematita", dice el Dr. Jani.
"A diferencia de sus homólogos rígidos, similares a la cerámica, que son propensos a romperse, nuestras membranas flexibles se pueden torcer, doblar o rizar en varias formas sin fracturarse. Explotamos esta nueva flexibilidad para diseñar remolinos magnéticos en tres dimensiones, algo que antes era En el futuro no será posible modificar la forma de estas membranas para crear giros completamente nuevos en circuitos magnéticos 3D."
El grupo ahora está trabajando en el desarrollo de prototipos de dispositivos que utilizarán corrientes eléctricas para excitar la rica dinámica de estos remolinos súper rápidos. El Dr. Jani concluye:"Eventualmente, estos dispositivos podrían integrarse en nuevos tipos de computadoras que funcionen más como el cerebro humano; estamos muy entusiasmados con lo que viene a continuación".
Más información: Hariom Jani et al, Estados antiferromagnéticos espacialmente reconfigurables en nanomembranas independientes topológicamente ricas, Nature Materials (2024). DOI:10.1038/s41563-024-01806-2
Proporcionado por la Universidad de Oxford
