La espintrónica se puede definir con una sencilla analogía: en un interruptor eléctrico se impide o no el paso de la corriente eléctrica mediante una acción mecánica. De la misma manera, existen ciertos materiales que cambian su resistencia eléctrica (impiden más o menos el paso de la corriente) al ser estimulados por un campo magnético. Es decir, el campo magnético sustituye a nuestro dedo. Desde los trabajos pioneros realizados por Lord Kelvin a mediados del s. XIX [1], los materiales ferromagnéticos se han erigido como los ideales para operar como interruptor magnético, u otras aplicaciones: desde los ya antiguos casetes hasta modernas memorias magnéticas de acceso aleatorio (MRAM). Los materiales antiferromagnéticos han tenido un más tardío despertar gracias a sus peculiares propiedades prometen la viabilidad del desarrollo de memorias invisibles con una robustez sin parangón, gracias a su insensibilidad a campos magnéticos externos.
Hace más de 40 años se realizaron las primeras pruebas que demostraban la posibilidad de escribir y leer en materiales antiferromagnéticos. Esas pruebas usaban cromo, ya que es el único elemento de la tabla periódica que es (en su forma simple) antiferromagnético a temperatura ambiente [2]. En estos trabajos seminales [3], realizado por científicos canadienses, se demostraba que si se enfriaba el material a la vez que se aplicaba un campo magnético externo se podían escribir distintos estados magnéticos, manteniendo su alta insensibilidad a campos magnéticos externos cuando estos se aplican a temperatura constante.
En un artículo publicado por científicos españoles en Nature Materials, en colaboración con investigadores de UC Berkeley y de la República Checa, se demostraba en enero de 2014 que lo ya observado en el cromo se podía realizar de una manera fácil en nanodispositivos de la aleación de FeRh [4], material también antiferromagnético a temperatura ambiente. Además de revisitar antiguas ideas, el artículo demostraba de forma original la robustez de la información guardada en materiales antiferromagnéticos. También simplificaba los métodos de escritura y lectura. De hecho, uno de los resultados más remarcables del trabajo es la realización del cambio de estado de resistencia hasta 5 veces. Esto suponía un importante paso adelante comparado con la obtención solamente una vez de los 2 estados de información que almacenaba el cromo en el mencionado trabajo precedente (publicado 43 años antes).
21 meses después, este pasado viernes, Takahiro Moriyama y colaboradores, todos japoneses [5], han simplificado aún más los métodos de escritura consiguiendo así estabilizar una secuencia de más de 50 cambios en el estado de memoria. Conviene también destacar que han observado que campos magnéticos casi 200 veces más pequeños que los usados en el trabajo del 2014 son suficientes para estabilizar distintos estados de memoria, reduciendo así la energía consumida en el proceso de escritura del material. Esto demuestra no sólo el inmenso potencial de la espíntronica usando materiales antiferromagnéticos, sino que señala la calidad y el potencial de la ciencia de hoy en día. Se ha conseguido reducir los tiempos de investigación: casi 50 años para pasar de 2 a 5 estados distintos de memoria y sólo 21 meses para pasar de 5 a 50! Des de América, pasando por Europa, y terminando en Asia. ¿Qué puede pasar en 20 meses más…? ¿Dónde se realizará el próximo hallazgo que ayude a la implementación de los antiferromagnetos como memorias en nuestra vida cotidiana? Una demostración que la ciencia no esta tan mal y que la internacionalización nos puede hacer avanzar a pasos de gigante.
Ignasi Fina
Gracias al inspirador blog de X. Martí Spintronics
Referencias de interés
[1] W. Thomson, Proceedings of the Royal Society of London 8, 546 (1856)
http://rspl.royalsocietypublishing.org/content/8/546.full.pdf+html
[2] More information about Chromium at Wikipedia’s page
https://en.wikipedia.org/wiki/Chromium
[3] W.B. Muir and J.O. Ström-Olsen, Phys. Rev. B 4, 988 (1971)
http://journals.aps.org/prb/abstract/10.1103/PhysRevB.4.988
[4] X. Marti, I. Fina, C. Frontera et al., Nature Materials 13, 367–374 (2014)
http://www.nature.com/nmat/journal/v13/n4/full/nmat3861.html
[6] T. Moriyama, N. Matsuzaki, K. Kim et al., Appl. Phys. Lett. 107, 122403 (2015);
http://scitation.aip.org/content/aip/journal/apl/107/12/10.1063/1.4931567
