Los investigadores del MIT han desarrollado una nueva forma de controlar el movimiento de los dominios magnéticos, la tecnología clave en los sistemas de memoria magnética, como el disco duro de una computadora. El nuevo enfoque requiere poca energía para escribir y ninguna energía para mantener la información almacenada. y podría conducir a una nueva generación de almacenamiento de datos de muy bajo consumo.

El nuevo enfoque controla el magnetismo aplicando un voltaje, en lugar de un campo magnético. Podría conducir a dispositivos de almacenamiento magnético en los que los datos se escriben en nanocables o pistas microscópicas, con "bits" magnéticos de datos que se precipitan a lo largo de ellos como coches en una pista de carreras.

Los nuevos hallazgos se describen en un artículo publicado esta semana en la revista Nanotecnología de la naturaleza , escrito por el profesor asistente de ciencia e ingeniería de materiales Geoffrey Beach y los estudiantes graduados Uwe Bauer y Satoru Emori.

"Por cientos de años, si tuvieras un material magnético y quisieras cambiar la dirección en la que se magnetizó el material, necesitabas otro imán, "Beach explica. El trabajo de su equipo representa una forma completamente nueva de cambiar los estados magnéticos usando solo un cambio de voltaje, sin campo magnético, un proceso de mucha menor potencia. Y lo que es más, una vez que se cambia el estado magnético, contiene ese cambio, proporcionando un almacenamiento de datos estable que no requiere energía excepto durante la lectura y la escritura.

Los investigadores muestran que este efecto se puede utilizar para habilitar nuevos conceptos como "memoria de pista de carreras, "con bits magnéticos acelerando a lo largo de una pista magnética. Si bien ha habido demostraciones de laboratorio de tales dispositivos, ninguno se ha acercado a la viabilidad para el almacenamiento de datos:la pieza faltante ha sido un medio para controlar con precisión la posición y seleccionar eléctricamente bits magnéticos individuales que corren a lo largo de la pista magnética.

"Los campos magnéticos son muy difíciles de localizar, "Beach dice:si está intentando crear pequeños trozos magnéticos en un nanoalambre o pista, los campos magnéticos de los electroimanes utilizados para leer y escribir datos tienden a extenderse, dificultando la prevención de la interacción con las tiras adyacentes, especialmente a medida que los dispositivos se hacen cada vez más pequeños.

Pero el nuevo sistema puede seleccionar con precisión bits magnéticos individuales representados por dominios diminutos en un nanoalambre. El dispositivo MIT puede detener el movimiento de dominios magnéticos que se precipitan a 20 metros por segundo, o alrededor de 45 mph, "en una moneda de diez centavos, ", Dice Beach. A continuación, se pueden liberar a pedido simplemente alternando el voltaje aplicado.

Para lograr esta hazaña, el equipo del MIT construyó un nuevo tipo de dispositivo que controla el magnetismo de la misma manera que un transistor controla un flujo de electricidad. El ingrediente clave es una capa de material rico en iones en el que los átomos han sido despojados de electrones, dejándolos con carga eléctrica. Un voltaje aplicado a un electrodo pequeño por encima de esta capa delgada puede atraer o repeler esos iones; los iones, Sucesivamente, puede modificar las propiedades de un imán subyacente y detener el flujo de dominios magnéticos. Esto podría conducir a una nueva familia de dispositivos "magnetoiónicos", sugieren los investigadores.

El efecto depende de las interacciones químicas en el límite entre las delgadas capas de metal magnético y los materiales de electrolitos en estado sólido que se intercalan entre sí, Beach dice. "Así que es realmente la química interfacial la que determina las propiedades magnéticas, " él dice.

En la práctica, tal sistema utilizaría un alambre o una tira de material ferromagnético con una serie de pequeños electrodos encima. Los bits magnéticos entre estos electrodos se pueden escribir o leer de forma selectiva.

Una vez que este dispositivo haya establecido la orientación de la broca magnética entre dos electrodos, "inherentemente conservará su dirección y posición incluso en ausencia de poder, "Beach dice. Entonces, en la práctica, podrías configurar un bit magnético, "luego apague la unidad hasta que necesite volver a leerla, " él dice.

Debido a que la conmutación magnética no requiere campo magnético, "casi no hay disipación de energía, "Beach dice. Además, la fijación resultante de los bits magnéticos es extremadamente fuerte, resultando en un sistema de almacenamiento estable.

Los ingredientes clave del sistema son "materiales de óxido muy simples, "Dice Bauer. En particular, estas pruebas utilizaron óxido de gadolinio, que ya se utiliza en la fabricación de condensadores y en la fabricación de semiconductores.

Dan Allwood, un investigador en física de materiales en la Universidad de Sheffield que no participó en esta investigación, dice que "no solo ofrece una ruta técnica novedosa para controlar los procesos de magnetización dinámica en nanoestructuras con patrones, pero al hacerlo, también presenta nuevos procesos físicos sobre cómo el voltaje puede influir en el comportamiento magnético de manera más general. Comprender los orígenes detallados de estos efectos podría permitir la creación de dispositivos de tecnología de la información de bajo consumo ".

Además de los sistemas de almacenamiento magnético, el equipo del MIT dice, esta tecnología también podría usarse para crear nuevos dispositivos electrónicos basados ​​en espintrónica, en el que la información es transportada por la orientación de espín de los átomos. "Abre un dominio completamente nuevo, ", Dice Beach." Puede realizar tanto el almacenamiento de datos como el cálculo, potencialmente a una potencia mucho menor ".

Esta historia se vuelve a publicar por cortesía de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un sitio popular que cubre noticias sobre la investigación del MIT, innovación y docencia.