Investigadores del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) y de la Universidad de Salamanca han logrado por primera vez explicar un fenómeno magnético relacionado con la dinámica quiral de las paredes del dominio ferromagnético. Tras esta compleja expresión se esconde un avance que puede derivar en dispositivos de memoria más eficaces.
“Hemos explicado un nuevo fenómeno magnético que podría dar lugar a memorias o unidades de almacenamiento de datos mucho más rápidas, densas y eficientes que las actuales”, destaca a SINC el profesor Eduardo Martínez, de la Universidad de Salamanca.
“De hecho, los resultados encontrados constituyen un nuevo paradigma para el diseño de dispositivos magnéticos, y pueden servir para eliminar algunas limitaciones de carácter fundamental existentes hasta ahora”, añade el investigador.
El profesor Martinez ha participado en un estudio sobre “dinámica quiral de las paredes de dominio ferromagnético” liderado desde el Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), en EEUU. Los resultados se acaban de publicar en la revista Nature Materials.
La polaridad de los imanes o materiales ferromagnéticos se usa para almacenar información, por ejemplo en un disco duro de un ordenador (los 0 y 1), que se codifica en regiones de igual polaridad –norte o sur– denominadas ‘dominios’.
Generalmente cuando se hace circular una corriente eléctrica por el medio ferromagnético, los ‘dominios’ y las ‘paredes’ que hay entre ellos se desplazan en la dirección del flujo de electrones. Sin embargo, existen algunos casos en los que este desplazamiento ocurre en sentido contrario, es decir, en el sentido de la corriente eléctrica.
Desvelar un fenómeno oculto
“Aunque ya existían evidencias experimentales desde hace un par de años, la explicación física de este fenómeno permanecía oculta”, comenta Martínez, “y hemos visto que la clave reside no sólo en el material magnético en sí mismo, sino en los materiales sobre los que se deposita”.
Los investigadores, trabajando con multicapas, han observado que el desplazamiento va en el sentido de la corriente si se deposita una delgada capa ferromagnética (CoFe) sobre una base metálica de platino. Sin embargo, si la misma capa se ponía sobre tantalio, el desplazamiento volvía a ser en el sentido del flujo de electrones.
Tanto el platino como el tantalio no son magnéticos, y por tanto, se creía que no modificaban el comportamiento magnético del CoFe, pero en ambos casos, el nuevo fenómeno modifica la forma en la que los dominios magnéticos rotan de una dirección a la otra –de norte a sur o viceversa–.
Normalmente cuando la orientación de la magnetización, el espín, cambia de un dominio al siguiente –de norte a sur–, lo hace de forma aleatoria, sin ninguna preferencia direccional.
Pero en las multicapas analizadas, las rotaciones están alineadas de forma coherente y giran en el sentido de las agujas del reloj o al contrario. Esta asimetría es la que se denomina efecto de quiralidad, la propiedad que tienen los objetos que no se pueden superponer con su imagen especular, como nuestras dos manos. Y el orden de colocación es importante: si la capa ferromagnética se pone 'debajo' de la de metal (platino o tantalio), en lugar de 'encima', la quiralidad cambia.
“Este trabajo constituye la primera demostración del comportamiento quiral de las paredes de dominio, e indica que es posible controlar el sentido de desplazamiento de las paredes a lo largo del medio ferromagnético simplemente seleccionando el material metálico no-magnético sobre el que está depositado”, destaca Martínez.
La investigación permite explicar físicamente por qué los dominios magnéticos son ‘zurdos’ en las multicapas estudiadas. El equipo considera que materiales con esta propiedad pueden constituir una nueva clase de dispositivos espintrónicos, que podría llegar al mercado en un futuro próximo.
Al igual que en la naturaleza existen sistemas que prefieren un sentido de rotación, como el ADN, y hay personas zurdas y diestras, también algunos materiales magnéticos presentan esta cualidad, aunque sólo en casos muy exóticos, a muy bajas temperaturas y únicamente en cristales perfectos. “Sin embargo, con este estudio el ‘comportamiento quiral’ se observa a temperatura ambiente, y en sistemas muy apropiados para ser integrados en dispositivos electrónicos”, destaca Martínez.
Además, los científicos también han demostrado que la corriente eléctrica empuja a las paredes con una fuerza 100 veces mayor que en el caso convencional. Como la potencia necesaria para mover las paredes crece con el cuadrado de la fuerza, el sistema puede ser 10.000 veces más eficiente que la tecnología actual.
Referencia bibliográfica:
Satoru Emori, Uwe Bauer, Sung-Min Ahn, Eduardo Martinez, Geoffrey S. D. Beach. “Current-driven dynamics of chiral ferromagnetic domain walls”. Nature Materials, 16 de junio de 2013. Doi:10.1038/nmat3675.
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