Investigadores de Barcelona crean un nuevo estado magnético, el vortión

Barcelona, 3 mar (EFE).- Investigadores del departamento de física de la Universidad Autónoma de Barcelona (UAB) han desarrollado experimentalmente un nuevo estado magnético: el vortión o vórtice magnetoiónico, que imita las sinapsis neuronales.

La investigación, publicada en la revista Nature Communications y financiada por el proyecto Reminds del European Research Council, permite un nivel de control sin precedentes de las propiedades magnéticas a escala nanométrica y a temperatura ambiente, y abre nuevos horizontes para el desarrollo de dispositivos magnéticos avanzados.

Los investigadores del departamento de física de la UAB, con la colaboración de científicos del ICMAB-CSIC, del Sincrotrón ALBA y de centros de investigación de Italia y de los Estados Unidos, proponen una nueva solución que combina la magnetoiónica y los vórtices magnéticos.

Los investigadores han desarrollado experimentalmente un nuevo estado magnético que han denominado vórtice magnetoiónico, o vortión, que permite controlar "a la carta" las propiedades magnéticas de un nanopunto (un punto de dimensiones nanométricas) con gran precisión.

Esto se logra extrayendo iones de nitrógeno mediante la aplicación de voltaje, lo que permite un control eficiente con un consumo de energía muy bajo.

La investigación partía del hecho de que la utilización de grandes cantidades de datos (Big Data) ha multiplicado la demanda energética en las tecnologías de la información.

En general, para almacenar la información se utilizan corrientes eléctricas que calientan los dispositivos y disipan energía, pero controlar las memorias magnéticas con voltaje, en lugar de utilizar corrientes eléctricas, puede minimizar este gasto.

Una estrategia que consiste en usar materiales magnetoiónicos, que permiten la manipulación de sus propiedades magnéticas añadiendo o extrayendo iones mediante cambios en el voltaje aplicado.

Sobre el vortión, el investigador ICREA del departamento de Física de la UAB y director de la investigación, Jordi Sort, indica que "se trata de un objeto hasta ahora inexplorado en la nanoescala".

"Existe una gran demanda para controlar los estados magnéticos a escala nanométrica pero, sorprendentemente, la mayor parte de la investigación en magnetoiónica se ha enfocado hasta ahora en el estudio de películas de materiales continuos", explica Jordi Sort.

Sin embargo, "si nos fijamos en los efectos del desplazamiento de iones en estructuras discretas de dimensiones nanométricas, los llamados nanopuntos que hemos analizado, vemos que aparecen configuraciones de espín (mecánica cuántica) muy interesantes que evolucionan dinámicamente y que son exclusivas de este tipo de estructuras", añade este mismo investigador.

Estas configuraciones de espín y las propiedades magnéticas de los vortiones varían en función de la duración del voltaje aplicado, por lo que a partir de nanopuntos de un material inicialmente no magnético, se pueden generar diferentes estados magnéticos.

"Con los vortiones que hemos desarrollado -explica- podemos tener un control sin precedentes de propiedades magnéticas como la magnetización, la coercitividad, la remanencia, los campos críticos de formación y aniquilación del vortión, o la anisotropía".

Estas propiedades son fundamentales para el almacenamiento de información en memorias magnéticas, y los físicos de la UAB han logrado ajustarlas de manera analógica y reversible mediante un proceso de activación por voltaje, con un consumo de energía muy bajo.

El procedimiento de actuación por voltaje en lugar de corriente eléctrica evita el calentamiento en dispositivos como ordenadores portátiles, servidores o centros de datos, lo que reduce drásticamente la pérdida de energía.

Los investigadores han demostrado que con un control preciso del grosor de la capa magnética generada con voltaje, el estado magnético del material se puede variar a voluntad, de manera controlada y reversible, entre un estado no magnético, un estado con una orientación magnética uniforme (como el que presenta un imán), o el nuevo estado vórtice magnetoiónico.

Este nivel de control sin precedentes de las propiedades magnéticas a escala nanométrica y a temperatura ambiente abre nuevos horizontes para el desarrollo de dispositivos magnéticos avanzados con funcionalidades que pueden adaptarse una vez el material ha sido sintetizado.

Jordi Sort prevé que será posible, por ejemplo, "la integración de vórtices magnetoiónicos reconfigurables en redes neuronales como sinapsis dinámicas, capaces de imitar el comportamiento de las sinapsis biológicas".

En el cerebro, las conexiones entre las neuronas, las sinapsis, presentan diferentes pesos (intensidades) que se van adaptando de manera dinámica según la actividad y el aprendizaje.

Del mismo modo, los vortiones podrían ofrecer enlaces neuronales con pesos sinápticos sintonizables, reflejados en valores de magnetización o de anisotropía reconfigurables, para dispositivos espintrónicos neuromórficos (inspirados en el cerebro). EFE