Investigadores de IMDEA Nanociencia y otros centros europeos han descubierto que la combinación de grafeno con cobalto ofrece propiedades relevantes en el campo del magnetismo. Este avance sienta las bases para el desarrollo de nuevos dispositivos lógicos que pueden almacenar grandes cantidades de datos de forma rápida y con un consumo de energía reducido.

Una de las últimas tecnologías para codificar información digitalmente es la orbitrónica de espín, que no solo explota la carga del electrón (electrónica) y su espín (espintrónica), sino también la interacción del giro con su movimiento orbital, ofreciendo multitud de propiedades relevantes en magnetismo.

Esta tecnología se aplica en ciertos materiales para generar configuraciones magnéticas que son muy estables pero que pueden controlarse y moverse rápidamente con corrientes eléctricas muy pequeñas. Las estructuras resultantes se consideran muy prometedoras para futuros dispositivos espín-orbitrónicos, ya que proporcionan una alta velocidad de procesamiento y una gran capacidad para almacenar datos, con bajo consumo energético.

Ahora, un equipo europeo liderado por el Instituto IMDEA Nanociencia ha desarrollado una metodología para preparar dicho sistema. Consiste en un dispositivo hecho de películas de grafeno apiladas (una sola capa de grafito atómico) colocadas sobre cobalto ferromagnético, dispuestas a su vez sobre una capa de platino con cierta orientación cristalográfica. Los detalles se publican en Nano letras .

El autor principal del estudio, Paolo Perna de IMDEA Nanociencia, explica las ventajas de esta configuración:"Por un lado, las excepcionales propiedades del grafeno permiten obtener una homogeneidad, capa magnética plana y protegida, que también es atómicamente perfecto. Sin embargo, lo que más importa son las dos propiedades magnéticas que se consiguen:una mejora en la anisotropía magnética del cobalto (sus espinas están preferentemente orientadas en una determinada dirección), y una fuerte interacción llamada Dzyaloshinskii-Moriya, que permite la presencia de estructuras magnéticas quirales, ya que no se superponen con su imagen especular ".

Skyrmions para transportar información binaria

Estas estructuras magnéticas quirales de tamaño nanométrico se denominan skyrmions. Son muy estables y actúan como portadores de información binaria mientras viajan a través del grafeno. "Al pasar por dos contactos eléctricos, cada skyrmion produce un cambio en la respuesta eléctrica que se puede decodificar en ceros y unos, "explica Perna.

"De este modo, en el futuro cercano, será posible producir dispositivos magnéticos espín-orbitrónicos como memorias magnéticas o sensores mucho más rápidos y densos que los actuales, y con un consumo energético mucho menor, "dice el investigador.

Para detectar las propiedades, los autores han utilizado técnicas combinadas de espectroscopía y microscopía, incluyendo algunos con luz en el sincrotrón ALBA cerca de Barcelona. Investigadores de las Universidades Complutense y Autónoma de Madrid, junto con el Instituto Néel de Grenoble (Francia), también han participado en el estudio.

Como base del dispositivo, los autores han utilizado sustratos aislantes de óxido. Para obtener grafeno de alta calidad, Los sustratos metálicos se utilizan habitualmente en laboratorios, pero son muy caras para la industria y, como conductores, no permitirían el aislamiento eléctrico del dispositivo con el chip.

“Hemos comprobado que es factible preparar estructuras magnéticas de alta calidad a base de grafeno y sobre sustratos aislantes de óxidos, que se puede implementar en los procesos de fabricación actuales, "Notas Perna.