Bits de investigación: 26 de marzo

Interruptores Skyrmion

Investigadores de la Agencia de Ciencia, Tecnología e Investigación (A*STAR) y la Universidad Nacional de Singapur aprovecharon Skyrmions para construir un conmutador que tenga el potencial de procesar datos más rápido y utilizar significativamente menos energía.

Los Skyrmions son remolinos magnéticos que se forman en capas metálicas muy delgadas y pueden moverse de manera eficiente entre regiones magnéticas. Utilizando una unión de túnel magnético, el equipo realizó lecturas eléctricas de un skyrmion y conmutación eléctrica entre estados, y descubrió que la conmutación entre estados utilizaba 1,000 veces menos energía que los dispositivos comerciales. También descubrieron que se pueden lograr más de dos estados con un solo dispositivo.

(Izquierda) Interpretación artística del dispositivo microelectrónico skyrmionic. (Derecha) Oblea de dispositivo de 200 mm que contiene más de 100,000 dispositivos microelectrónicos skyrmion (Crédito: A*STAR y NUS)

Los dispositivos basados ​​en skyrmion se fabricaron en obleas de silicio de 200 mm utilizando materiales y métodos que ya se utilizan en las fundiciones. El equipo espera que con un mayor perfeccionamiento del rendimiento eléctrico, el interruptor pueda integrarse en microprocesadores utilizando enfoques establecidos. [1]

Imanes helicoidales

Investigadores de la Universidad de Tohoku y la Universidad de Toho proponen utilizar imanes helicoidales para crear un dispositivo de memoria magnética con diafonía reducida entre bits magnéticos.

En los imanes helicoidales, las direcciones de los momentos magnéticos atómicos están ordenadas en espiral. La quiralidad, o diestro y zurdo, de la espiral podría usarse para almacenar información. Los campos magnéticos inducidos por cada momento magnético atómico se anulan entre sí, por lo que los imanes helicoidales no generan ningún campo magnético macroscópico. "Los dispositivos de memoria basados ​​en la lateralidad de los helimagnetos, libres de interferencias entre bits, podrían allanar un nuevo camino para mejorar la densidad de la memoria", dijo en un comunicado Hidetoshi Masuda, profesor asistente del Instituto de Investigación de Materiales de la Universidad de Tohoku.

La memoria quiral se puede escribir y leer a temperatura ambiente. El equipo fabricó películas delgadas epitaxiales de un helimagnet MnAu a temperatura ambiente.₂ y demostró la conmutación de la quiralidad mediante pulsos de corriente eléctrica bajo campos magnéticos. También fabricaron un dispositivo bicapa compuesto de MnAu.₂ y platino y demostraron que la memoria quiral se puede leer como un cambio de resistencia, incluso sin campos magnéticos. [2]

Remolinos magnéticos compatibles con silicio

Investigadores de la Universidad de Oxford, la Universidad Nacional de Singapur y el Instituto Paul Scherrer pudieron crear giros magnéticos en membranas que se puede integrar perfectamente con el silicio. Los remolinos magnéticos en los antiferroimanes tienen el potencial de actuar como portadores de información mucho más rápidos, pero sólo pueden crearse en plantillas de cristal rígido.

Para habilitarlos en el silicio, Paolo Radaelli, profesor de la Universidad de Oxford, dijo en un comunicado que el equipo “fabricaron membranas cristalinas ultrafinas de hematita (el principal componente del óxido y, por tanto, el antiferroimán más abundante) que se extendían lateralmente sobre dimensiones macroscópicas. Estas membranas son relativamente nuevas en el mundo de los materiales cuánticos cristalinos y combinan características ventajosas tanto de la cerámica 3D como de los materiales 2D, a la vez que son fácilmente transferibles”.

La capa de hematita se hizo crecer sobre una plantilla de cristal que estaba recubierta con una capa de sacrificio hecha de un componente de cemento, que luego se disolvió en agua para separar la hematita de la base del cristal. Finalmente, la membrana de hematita independiente se transfirió sobre silicio y varias otras plataformas deseables.

"Uno de nuestros descubrimientos más interesantes fue la extrema flexibilidad de nuestras membranas de hematita", añadió en un comunicado Hariom Jani, becario postdoctoral de la Universidad de Oxford. “A diferencia de sus homólogos rígidos, similares a la cerámica, que son propensos a romperse, nuestras membranas flexibles se pueden torcer, doblar o rizar en varias formas sin fracturarse. Explotamos esta nueva flexibilidad para diseñar remolinos magnéticos en tres dimensiones, algo que antes no era posible. En el futuro, la forma de estas membranas podría modificarse para realizar giros completamente nuevos en circuitos magnéticos 3D”. [3]

Referencias

[1] Chen, S., Lourembam, J., Ho, P. et al. Unión de túnel magnético skyrmionic totalmente eléctrica. Naturaleza 627, 522–527 (2024). https://doi.org/10.1038/s41586-024-07131-7

[2] Masuda, H., Seki, T., Ohe, Ji. et al. Conmutación y detección de quiralidad a temperatura ambiente en una película delgada helimagnética de MnAu2. Nat Comuna 15, 1999 (2024). https://doi.org/10.1038/s41467-024-46326-4

[3] Jani, H., Harrison, J., Hooda, S. et al. Estados antiferromagnéticos espacialmente reconfigurables en nanomembranas independientes topológicamente ricas. Nat. Madre. (2024). https://doi.org/10.1038/s41563-024-01806-2