La hematita rica en hierro, que se encuentra comúnmente en las rocas y el suelo, resulta tener propiedades magnéticas que lo convierten en un material prometedor para la computación ultrarrápida de próxima generación.
En 2023, los investigadores de EPFL tuvieron éxito envío y almacenamiento de datos usar ondas magnéticas sin carga llamadas ondas de espín, en lugar de flujos de electrones tradicionales. El equipo de la Laboratorio de Materiales Magnéticos a Nanoscale y Magnónica, dirigido por Dirk Grundler, en la Escuela de Ingeniería utilizó señales de radiofrecuencia para excitar las ondas de giro lo suficiente como para revertir el estado de magnetización de pequeños nanomagnets. Cuando se cambia de 0 a 1, por ejemplo, esto permite que los nanomagnets almacenen información digital; un proceso utilizado en la memoria de la computadora, y más ampliamente en las tecnologías de la información y la comunicación.
Este trabajo fue un gran paso hacia la computación sostenible, porque la codificación de datos a través de ondas de espín (cuyas cuasipartículas se llaman magnones) podría eliminar la pérdida de energía, o calentamiento Joule, asociado con dispositivos basados en electrones. Pero en ese momento, las señales de onda de giro no se podían usar para restablecer los bits magnéticos para sobrescribir los datos existentes.
La hematita exhibe una física de espín completamente nueva que se puede cosechar para el procesamiento de señales a frecuencias ultra altas, lo cual es esencial para el desarrollo de dispositivos espintrónicos ultrarrápidos y sus aplicaciones en tecnología de información y comunicación de próxima generaciónDirk Grundler
Ahora el laboratorio de Grundlerlants, en colaboración con colegas de la Universidad de Beihang en China, ha publicado investigaciones en Naturaleza Física esto podría hacer posible tal codificación repetida. Específicamente, informan un comportamiento magnético sin precedentes en hematita: un compuesto de óxido de hierro que es abundante en la tierra y mucho más ecológico que los materiales utilizados actualmente en espintrónica.
Grundler explica: “Este trabajo demuestra que la hematita no es solo un reemplazo sostenible para materiales establecidos como el granate de hierro itrio. Exhibe una física de espín completamente nueva que se puede cosechar para el procesamiento de señales a frecuencias ultra altas, lo cual es esencial para el desarrollo de dispositivos espintrónicos ultrarrápidos, y sus aplicaciones en tecnología de información y comunicación de próxima generación
Dos modos de magnon son mejores que uno
El descubrimiento se produjo inesperadamente cuando el ex alumno de EPFL Haiming Yu, ahora profesor del Instituto Fert Beijing en el Laboratorio Clave MIIT de Spintronics en la Universidad de Beihang, detectó algunas señales eléctricas extrañas provenientes de una franja de platino nanoestructurada en hematita. Las señales, medidas por el investigador Lutong Sheng del mismo grupo, eran diferentes a todo lo observado en materiales magnéticos convencionales, por lo que el equipo de Yuuans envió su dispositivo al laboratorio de Grundlerlants para su análisis.
Mientras examinaba las señales de magnon en la muestra, Grundler vio una ‘wiggle’ en su distribución espacial. “Esta observación aguda finalmente llevó al descubrimiento de un patrón de interferencia, que fue el punto de inflexión crítico de esta investigación,” Yu dice. De hecho, utilizando microscopía de dispersión de luz, la estudiante de doctorado de EPFL Anna Duvakina determinó que las extrañas señales eléctricas en la muestra de hematita estaban relacionadas con patrones de interferencia entre dos excitaciones de onda de giro separadas llamadas modos de magnon.
Otros materiales magnéticos como el granate de hierro itrio solo producen un modo de magnón, pero tener dos modos de magnón es crucial: significa que las corrientes de giro generadas a partir de magnones podrían cambiarse de un lado a otro entre polarizaciones opuestas en el mismo dispositivo, lo que a su vez podría cambiar el estado de magnetización de un nanomagnet en cualquier dirección. En teoría, esto finalmente podría permitir la codificación y el almacenamiento repetidos de datos digitales. A continuación, los investigadores esperan probar esta idea montando un nanomagnet en el dispositivo de hematita.
“Hematite ha sido conocido por el hombre durante miles de años, pero su magnetismo ha sido demasiado débil para aplicaciones estándar. Ahora, resulta que supera a un material optimizado para la electrónica de microondas en la década de 1950, dice Grundler. “Esta es la belleza de la ciencia: puedes tomar este material antiguo y abundante en la tierra y encontrar esta aplicación muy oportuna para él, lo que podría permitirnos tener un enfoque más eficiente y sostenible para spintronics.”
Referencias
Sheng, L., Duvakina, A., Wang, H. et al. Control de las corrientes de espín por interferencia de magnón en un antiferromagneto en lata. Nat. Phys. (2025). https://doi.org/10.1038/s41567-025-02819-7
EPFL News. C. L. Traducido al español
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