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Material ‘magnetoeléctrico’ promete ser una memoria para la electrónica

Publicado el 29 noviembre 2017 por Barzana @UMUbarzana

Material 'magnetoeléctrico' promete ser una memoria para la electrónica

Los teléfonos inteligentes y los ordenadores no serían tan útiles sin espacio para muchas aplicaciones, música y vídeos. Los dispositivos tienden a almacenar esa información de dos maneras: a través de los campos eléctricos (piensa en una unidad flash) o a través de los campos magnéticos (como el disco duro del ordenador). Cada método tiene ventajas y desventajas. Sin embargo, en el futuro, nuestra electrónica podría beneficiarse de lo mejor de cada uno.

“Hay un concepto interesante”, dice Chang-Beom Eom, profesor de Theodore H. Geballe y Harvey D. Spangler, profesor distinguido de Ciencia e Ingeniería de Materiales en la Universidad de Wisconsin-Madison. “¿Pueden acoplarse estas dos formas diferentes de almacenar información? ¿Podríamos usar un campo eléctrico para cambiar las propiedades magnéticas? Entonces usted puede tener un dispositivo multifuncional de baja potencia. Llamamos a esto un dispositivo ‘magnetoeléctrico'”.

En una investigación publicada recientemente en la revista Nature Communications, Eom y sus colaboradores describen no sólo su proceso único para hacer un material magnetoeléctrico de alta calidad, sino también cómo y por qué funciona.

Los materiales magnetoeléctricos — que tienen funcionalidades magnéticas y eléctricas — ya existen. La conmutación de una funcionalidad induce un cambio en la otra. “Se llama cross-coupling”, dice Eom. “Sin embargo, cómo se cruzan no se entiende claramente.”

Obtener esa comprensión, dice, requiere estudiar cómo cambian las propiedades magnéticas cuando se aplica un campo eléctrico. Hasta ahora, esto ha sido difícil debido a la complicada estructura de la mayoría de los materiales magnetoeléctricos.

En el pasado, dice Eom, la gente estudiaba las propiedades magnetoeléctricas usando materiales muy “complejos”, o aquellos que carecen de uniformidad. En su enfoque, Eom simplificó no sólo la investigación, sino también el propio material.

Aprovechando su experiencia en el desarrollo de materiales, desarrolló un proceso único, utilizando “pasos” atómicos, para guiar el crecimiento de una fina película homogénea y monocristalina de ferrita de bismuto. Encima de eso, agregó cobalto, que es magnético; en el fondo, colocó un electrodo hecho de rutenato de estroncio.

El material de ferrita bismuto fue importante porque facilitó mucho el estudio del acoplamiento cruzado magnetoeléctrico fundamental por parte de Eom.

“Nos dimos cuenta de que en nuestro trabajo, debido a nuestro dominio único, podíamos ver lo que estaba ocurriendo utilizando múltiples sondeos o técnicas de imágenes”, dice. “El mecanismo es intrínseco. Es reproducible, y eso significa que puedes hacer un dispositivo sin degradación alguna, de forma predecible”.

Para visualizar el cambio de las propiedades eléctricas y magnéticas en tiempo real, Eom y sus colegas utilizaron las potentes fuentes de luz sincrotrón en el Argonne National Laboratory de Chicago, así como en Suiza y el Reino Unido.

“Cuando lo cambias, el campo eléctrico cambia la polarización eléctrica. Si está hacia abajo, cambia hacia arriba”, dice. “El acoplamiento a la capa magnética cambia sus propiedades: un dispositivo de almacenamiento magnetoeléctrico.”

Ese cambio de dirección permite a los investigadores dar los siguientes pasos necesarios para añadir al material circuitos integrados programables, los componentes básicos que constituyen la base de nuestra electrónica.

Aunque el material homogéneo permitió a Eom responder a importantes preguntas científicas sobre cómo se produce el acoplamiento cruzado magnetoeléctrico, también podría permitir a los fabricantes mejorar su electrónica. “Ahora podemos diseñar un dispositivo mucho más eficaz, eficiente y de baja potencia”, afirma.

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El equipo de Eom incluye tanto teóricos como experimentalistas, incluyendo al profesor de física Mark Rzchowski, profesor de la Universidad de Madison y colaboradores en Diamond Light Source en Inglaterra, Temple University, la Universidad de Oxford, el Laboratorio Nacional Argonne, Swiss Light Source, el Instituto de Ciencia y Tecnología de Luxemburgo y la Universidad de Northern Illinois.

Este trabajo fue apoyado por la Oficina de Investigación del Ejército (W911NF-10-1-0362 y W911NF-13-1-0486) y el Departamento de Energía (DE-FG02-03ER46097 y DE-AC02-06CH11357).

Renee Meiller, (608)262-2481, meiller@engr.wisc.edu

Rafael Barzanallana. Universidad de Murcia


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