21/08/2017 - Nuevos materiales nanoporosos con propiedades magnéticas para incrementar la capacidad en el almacenamiento de datos

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Incrementar la capacidad de almacenamiento de datos y mejorar la eficiencia de en su transferencia son dos de los retos más apremiantes a los que deben enfrentarse los suevos sistemas de almacenamiento. Se estima que, tan solo en los dos últimos años, hemos generado en torno al 90 % del volumen mundial de datos.

Los dispositivos electrónicos que almacenan información mediante el fenómeno de la magnetización están basados en la conmutación magnética, que es posible normalmente gracias a campos magnéticos localizados (generados por inducción electromagnética) o bien gracias a corrientes eléctricas polarizadas por espín (fuerza de torsión por transferencia del espín). Sin embargo, ambos sistemas precisan de corrientes eléctricas relativamente elevadas que calientan los materiales, lo que da lugar a una pérdida notable de energía por disipación de calor (el llamado efecto Joule).

Así, si se redujeran los campos magnéticos y las corrientes eléctricas necesarios, podría incrementarse la eficiencia energética. En realidad, esto es factible si se rebaja la coercitividad (la capacidad de resistir un campo magnético externo sin desmagnetizarse) del material sometido a accionamiento. Los métodos probados en los últimos tiempos para este fin solo han deparado resultados satisfactorios por debajo de 300 Kelvin y únicamente con nanopartículas o películas ultrafinas. No obstante, desde el proyecto SPIN-PORICS, financiado con fondos europeos, se anunció recientemente el logro de haber creado un material que posee propiedades similares a las de una esponja y que podría brindar grandes adelantos en estos empeños.

Un prototipo de nanocompuesto

Desde el proyecto SPIN-PORICS (Merging Nanoporous Materials with Energy-Efficient Spintronics) se informó en la revista científica Advanced Functional Materials de la creación de prototipos de memorias magnéticas nanoporosas basadas en aleaciones de cobre y níquel (CuNi). En su interior, estas películas de CuNi estaban organizadas como una esponja, estando sus poros espaciados a tan solo 5 o 10 nanómetros, mientras que el espacio en las paredes de los poros se limitaba a unas pocas docenas de átomos. La capa nanoporosa se rellenó con un material dieléctrico cuyas propiedades magnéticas se ajustaban a temperatura ambiente aplicando electrolitos líquidos para aplicar tensión eléctrica.

El equipo del proyecto aseguró poder lograr una reducción del 35 % de la coercitividad magnética, de modo que se ajustaría al consumo energético necesario para reorientar los dominios magnéticos que se precisan para el registro de datos. Este resultado se debe al diseño nanoporoso, que permite que toda la película, y no solo su superficie, participe del efecto electromagnético.

El coordinador del proyecto, el profesor Jordi Sort, resumió así el éxito que supone este prototipo: «Los nanoporos del interior de los materiales nanoporosos ofrecen una superficie muy extensa. Concentrando esa extensa superficie en un espacio muy reducido, podemos aplicar la tensión de una batería y reducir enormemente la energía necesaria para orientar los dominios magnéticos y registrar datos. Esto representa un paradigma nuevo en el ahorro energético de los ordenadores y también en la computación y la gestión de datos magnéticos en general».

Un nuevo paradigma de la espintrónica

La revolución digital precisa de incrementos de la capacidad de los discos duros y de la velocidad de procesamiento de datos. Ambos aspectos han avanzado gracias a los adelantos en el magnetismo y la espintrónica (el espín transporta electrónica, la cual aprovecha el espín del electrón y el fenómeno de la magnetización). De manera más general, los adelantos en la tecnología de la información y la comunicación están supeditados a que se solventen los mecanismos ineficaces que aún existen en los dispositivos magnetoelectrónicos. Se calcula, por ejemplo, que en los ordenadores el 40 % de la energía se pierde por disipación de calor. De ahí que empresas como Google hayan optado por ubicar sus servidores informáticos bajo el agua o en países nórdicos, buscando temperaturas ambientales bajas.

El equipo de SPIN-PORICS opina que su nuevo material nanocompuesto beneficiará principalmente a tres aplicaciones tecnológicas: la grabación magnética asistida por medios eléctricos, la conmutación de memorias magnéticas de acceso aleatorio generada por tensión eléctrica, y los transistores de efecto de campo con espín. Teniendo en cuenta los cálculos que vaticinan que sustituir la corriente eléctrica por tensión eléctrica en los sistemas de procesamiento de datos podría ofrecer costes energéticos quinientas veces más baratos, cabe afirmar que este nuevo paradigma podría generar un impacto económico muy notable. Según el profesor Jordi Sort, «introducir este material en las memorias de los ordenadores y los dispositivos móviles puede ofrecer muchas ventajas, sobre todo por un ahorro energético directo en los ordenadores y por un incremento considerable de la autonomía de los dispositivos móviles».

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