En el experimento, los investigadores colocaron dos capas atómicas de CrI3 entre los contactos de grafeno y midieron el flujo de electrones a través del CrI3. Crédito:Tiancheng Song
Los materiales magnéticos son la columna vertebral de las modernas tecnologías de la información digital, como el almacenamiento en disco duro. Un equipo dirigido por la Universidad de Washington ha dado un paso más al codificar información utilizando imanes que tienen solo unas pocas capas de átomos de espesor. Este avance puede revolucionar tanto las tecnologías de computación en la nube como la electrónica de consumo al permitir el almacenamiento de datos con una mayor densidad y una mayor eficiencia energética.
En un estudio publicado en línea el 3 de mayo en la revista Ciencias , los investigadores informan que utilizaron pilas de materiales ultrafinos para ejercer un control sin precedentes sobre el flujo de electrones en función de la dirección de sus espines, donde los "espines" de los electrones son análogos a diminutos, imanes subatómicos. Los materiales que utilizaron incluyen láminas de triyoduro de cromo (CrI3), un material descrito en 2017 como el primer aislante magnético bidimensional. Cuatro hojas, cada una con un grosor de solo átomos, crearon el sistema más delgado hasta ahora que puede bloquear los electrones en función de sus espines mientras ejerce un control más de 10 veces más fuerte que otros métodos.
"Nuestro trabajo revela la posibilidad de llevar el almacenamiento de información basado en tecnologías magnéticas al límite atómicamente delgado, "dijo el coautor principal Tiancheng Song, un estudiante de doctorado en física de la UW.
En investigaciones relacionadas, publicado el 23 de abril en Nanotecnología de la naturaleza , el equipo encontró formas de controlar eléctricamente las propiedades magnéticas de este imán atómicamente delgado.
"Con el crecimiento explosivo de la información, el desafío es cómo aumentar la densidad del almacenamiento de datos mientras se reduce la energía de operación, "dijo el autor correspondiente Xiaodong Xu, un profesor de física y de ciencia e ingeniería de materiales de la UW, e investigador de la facultad en el UW Clean Energy Institute. "La combinación de ambos trabajos apunta a la posibilidad de diseñar dispositivos de memoria magnética atómicamente delgados con un consumo de energía en órdenes de magnitud menor que lo que se puede lograr actualmente".
El nuevo Ciencias paper también analiza cómo este material podría permitir un nuevo tipo de almacenamiento de memoria que explote los giros de los electrones en cada hoja individual.
Una representación de la estructura cristalina del triyoduro de cromo (CrI3), con los átomos de cromo mostrados en púrpura y los átomos de yodo en amarillo. Las flechas negras representan los giros del electrón, "que son análogos a los imanes de barra diminutos. Crédito:Tiancheng Song
Los investigadores colocaron dos capas de CrI3 entre láminas conductoras de grafeno. Ellos demostraron que dependiendo de cómo estén alineados los giros entre cada una de las hojas CrI3, los electrones pueden fluir sin obstáculos entre las dos hojas de grafeno o se les impidió fluir en gran medida. Estas dos configuraciones diferentes podrían actuar como bits, los ceros y unos del código binario en la informática diaria, para codificar la información.
"Las unidades funcionales de este tipo de memoria son uniones de túnel magnéticas, o MTJ, que son 'puertas' magnéticas que pueden suprimir o dejar pasar la corriente eléctrica dependiendo de cómo se alinean los espines en la unión, "dijo el coautor principal Xinghan Cai, un investigador postdoctoral de la UW en física. "Esta puerta es fundamental para realizar este tipo de almacenamiento de datos a pequeña escala".
Con hasta cuatro capas de CrI3, el equipo descubrió el potencial del almacenamiento de información de "múltiples bits". En dos capas de CrI3, los giros entre cada capa están alineados en la misma dirección o en direcciones opuestas, lo que lleva a dos velocidades diferentes en las que los electrones pueden fluir a través de la puerta magnética. Pero con tres y cuatro capas, hay más combinaciones de giros entre cada capa, conduciendo a múltiples, distintas velocidades a las que los electrones pueden fluir a través del material magnético de una hoja de grafeno a la otra.
"En lugar de que tu computadora solo tenga dos opciones para almacenar un dato, puede tener una opción A, B, C, incluso D y más allá, "dijo el coautor Bevin Huang, un estudiante de doctorado en física de la UW. "Por lo tanto, los dispositivos de almacenamiento que utilizan uniones CrI3 no solo serían más eficientes, pero intrínsecamente almacenarían más datos ".
Los materiales y el enfoque de los investigadores representan una mejora significativa con respecto a las técnicas existentes en condiciones operativas similares que utilizan óxido de magnesio. que es mas grueso, menos eficaz para bloquear electrones y carece de la opción de almacenamiento de información de varios bits.
"Aunque nuestro dispositivo actual requiere campos magnéticos modestos y solo funciona a baja temperatura, inviable para su uso en las tecnologías actuales, el concepto del dispositivo y el principio operativo son novedosos e innovadores, ", dijo Xu." Esperamos que con un control eléctrico desarrollado del magnetismo y algo de ingenio, Estas uniones de túneles pueden operar con un campo magnético reducido o incluso sin la necesidad de un campo magnético a alta temperatura, lo que podría cambiar las reglas del juego para la nueva tecnología de memoria ".
