La ingeniería a escala atómica es una nueva técnica que favorecerá una generación de aparatos de alta tecnología más rápidos, pequeños y eficientes. El investigador David Serrate, que ha colaborado en el diseño de esta nueva herramienta en la Universidad de Hamburgo junto con la de Ohio, seguirá trabajando en su desarrollo desde el Instituto de Nanociencia de Aragón. Este equipamiento único en el mundo permitirá avanzar en el control del almacenamiento magnético de la información, con estructuras más funcionales y que consuman menos energía.
La nueva técnica se llama ingeniería a escala atómica. La diferencia con la nanociencia habitual es que permite al investigador diseñar y construir nuevas nanoestructuras, pero átomo a átomo, algo impensable hasta ahora, ya que estas estructuras surgían de forma libre.
Los investigadores han conseguido por primera vez no sólo observar la estructura magnética interna del átomo (espín) sino también alterarla de manera controlada y construir así dispositivos magnéticos nanoestructurados átomo a átomo, una combinación inexistente hasta la fecha. El control de esta técnica podría tener un gran impacto en el control del almacenamiento de información. Sin embargo, el verdadero avance de este trabajo supone el convertir los átomos en los ladrillos de la nanociencia, permitiéndo diseñar y construir nuevos dispositivos funcionales con precisión atómica.
El desarrollo de esta técnica abre la puerta al almacenamiento de la información magnética utiliznado bits formados por un solo átomo. Para el físico David Serrate esta nueva herramienta posibilitará utilizar el átomo como el “ladrillo” de las nuevas nanoestructuras, conociendo su estado magnético, para así aprender cómo se relacionan entre ellos y desarrollar aplicaciones en la espintrónica (electrónica con el control del espín), creando dispositivos más rápidos, más diminutos y con estructuras funcionales, que consuman menos energía.
Esta técnica abre la puerta a nuevas investigaciones también en el campo de la computación cuántica, la transmisión de información y cuestiones fundamentales de la Física.
Un nuevo laboratorio de microscopía de sonda local
David Serrate trabajará con tres nuevos microscopios de efecto túnel, valorados en 1,7 millones de euros: uno llegará en septiembre, y los otros dos, en octubre, que serán ubicados en el Laboratorio de Microscopías Avanzadas (LMA), que es una instalación científico técnico singular. Estos microscopios permitirán no solo ver átomos y su estructura interna, sino también posicionarlos a voluntad sobre una superficie.
Por primera vez se han combinado dos técnicas existentes. El logro conseguido por los investigadores es que por primera vez se han combinado dos técnicas ya existentes, que permite tanto estudiar la estructura interna magnética del átomo a escala subatómica como alterarla.
Una de estas técnicas, desarrollada en la última década, permite conseguir sensibilidad magnética con resolución a escala atómica. La segunda, desarrollada en 1990 por IBM, es la manipulación atómica, que permite mover o ubicar un átomo dónde se prefiera, con otros átomos vecinos, de la misma o diferente especie.
La nueva técnica consiste en la combinación de ambas e implica un gran impacto científico tecnológico que permitirá aprender más de cómo es el magnetismo entre átomos, lo que redundará en una repercusión tecnológica. “Esta técnica nos permite crear nanoestructuras pero no libres, tal como pueden surgir de forma espontánea con las herramientas de la naturaleza, sino diseñarlas de manera controlada, átomo a átomo”, señala Serrate. “Por ejemplo, esta técnica permitirá pasar de la posición binaria de los átomos (posición 1 y 0), a conseguir hasta 14 posiciones de los átomos, como ocurre en el caso de cobalto, material con el que han trabajado los investigadores. Esto ayudará a desarrollar estructuras desconocidas, con nuevas funcionalidades”.
La menor unidad de materia que puede “soportar” un bit de información magnética es el átomo, por tanto es el menor tamaño de bit posible. Así pues, una memoria basada en bits mono-atómicos, cuyo soporte es un átomo único, no miles, como ocurría en un soporte magnético, tendría la máxima capacidad de almacenaje físicamente factible.
Hasta la fecha, la posibilidad de medir una cantidad de naturaleza mecano-cuántica como el espín de un solo átomo escapaba siquiera a la imaginación de los científicos. En este trabajo se demuestra que sí es posible mediante esta herramienta recién adquirida por el LMA, denominada microscopio de barrido por efecto túnel (STM), que se basa en una punta afilada que escanea superficies con una precisión de 0.001 nm.
Serrate, especializado en microscopía de sonda local
David Serrate cursó estudios de la Licenciatura de Ciencias Físicas de la Universidad de Zaragoza, donde realizó su Tesis Doctoral (2005) bajo la supervisión de J.M. De Teresa y C. Marquina del ICMA. Se trasladó al Laboratorio Institut für Angewandte Physik bajo la supervisión del Prof. Wisendanger en Hamburgo (2006-2009) donde se ha especializado en la microscopia de sonda local, basada en el efecto túnel.
Fruto de esta estancia ha sido su reciente contribución publicada en Nature Nanotechnology 5, pag 350 (2010) motivo de esta reseña. Recientemente se ha incorporado a la Universidad de Zaragoza al Instituto de Nanociencia de Aragón donde está poniendo en marcha un nuevo laboratorio de microscopía de sonda local que permitirá realizar experimentos tan pioneros como los que ha publicado recientemente.
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