¿Multiplicar la memoria magnética gracias a torbellinos nanométricos?

Las memorias magnéticas tradicionales almacenan la información basándose en dos estados que representan al cero y al uno del código binario. Ahora, una nueva línea de investigación plantea la posibilidad de fabricar un dispositivo de almacenamiento magnético que utilice cuatro estados en vez de dos y que pueda almacenar el doble de información.

La clave reside en los vórtices magnéticos, confinados en diminutos discos metálicos de pocos nanómetros de diámetro. Los espines de los electrones tienden a progresar hacia la configuración con la menor energía posible. La situación en que los espines apuntan en direcciones opuestas, o sea de forma antiparalela a efectos prácticos, implica un mayor uso de energía. Por tanto, los electrones tienden a alinearse de forma que las orientaciones de sus espines describan un círculo, ya sea en sentido horario o en sentido antihorario, alrededor del disco.
Sin embargo, en el núcleo del vórtice, donde los círculos se hacen cada vez más pequeños y los espines vecinos inevitablemente se alinean de forma antiparalela, tienden a salirse del plano, apuntando ya sea hacia arriba o, por el contrario, hacia abajo.
Así que cada disco tiene cuatro estados en vez de dos: Circularidad horaria o antihoraria, y polaridad del núcleo hacia arriba o hacia abajo. Pero es necesario poder controlar la orientación en cada variable de forma independiente.
La aplicación de un campo magnético externo fuerte y estable puede invertir la polaridad del núcleo, pero los dispositivos que se pretenda que sean prácticos de usar no pueden soportar campos fuertes sin recurrir a medidas de protección aparatosas, y además necesitan conmutadores más rápidos.
Investigaciones anteriores habían encontrado que con campos magnéticos débiles y oscilantes en el plano del nanodisco se podía obtener, a través de otra vía, el mismo resultado.
Las orientaciones de los espines de los electrones en un vórtice magnético se alinean todas ellas describiendo un círculo, ya sea en sentido horario o antihorario. Los espines en el apiñado núcleo del vórtice deben apuntar hacia fuera del plano, ya sea hacia arriba o hacia abajo. Las cuatro orientaciones de la circularidad y la polaridad podrían formar la base de nuevos dispositivos de almacenamiento y sistemas de procesamiento de cuatro estados. (Imagen: Berkeley Lab)
Científicos de la Universidad Tecnológica de Brno en la República Checa, el Centro de Investigación de Grabación Magnética de la Universidad de California en San Diego, y el Laboratorio Nacional estadounidense Lawrence Berkeley (Berkeley Lab) en California, han demostrado, por vez primera, que métodos similares pueden controlar la circularidad de los vórtices magnéticos.
El grosor y el diámetro de los discos nanométricos usados en los experimentos realizados por el equipo de Vojtech Uhlír y Peter Fischer fueron los factores decisivos: Cuanto menor era el disco, mejor.
Los discos grandes y gruesos, de 30 nanómetros de espesor y un millar de nanómetros de diámetro, eran lentos, tardando más de tres nanosegundos en invertir la circularidad. Pero los discos de sólo 20 nanómetros de grosor y 100 nanómetros de diámetro podían invertir la orientación en menos de la mitad de un nanosegundo.
Queda mucho por hacer antes de que estos sistemas puedan ser de uso práctico. Se puede controlar tanto la polaridad como la circularidad, pero por ahora no se las puede controlar al mismo tiempo. Aún se está Trabajando en maneras prácticas de lograrlo.
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