Circuito Magnético Tridimensional a Nanoescala para una Computación Avanzada ha sido diseñado

Por Martín GS |

Publicado a las 06:58 PM CST en Nov 16,2017 | Actualizado a las 06:58 PM CST en Nov 16,2017


Desde finales de los años 60, los aparatos electrónicos han almacenado y transmitido información (bits) en circuitos 2D. Recientemente, un equipo de investigadores de la Universidad de Cambridge ha podido cruzar esta barrera desarrollando un circuito magnético a nanoescala que puede mover información a lo largo de las tres dimensiones del espacio.

Esta innovación podría allanar el camino hacia un aumento crucial de las capacidades de almacenamiento y procesamiento de los dispositivos electrónicos en comparación con los que se utilizan actualmente.

La revolución de la información que ha transformado a la sociedad en lo que es en la actualidad se ha basado en la impresión tradicional de piezas electrónicas que siempre se reprimen. Con las tecnologías existentes que alcanzan los límites de lo que permite la Física, los investigadores están comenzando a buscar la tercera dimensión en la búsqueda de una ruta para seguir perfeccionando los dispositivos electrónicos que la gente tiene en sus bolsillos.

Amalio Fernández-Pacheco, Investigador Principal del proyecto (izquierda) y Dédalo Sanz-Hernández, autor principal de la obra (derecha) posando con el sistema óptico utilizado en la Universidad de Cambridge para leer información de nanoestructuras magnéticas 3D. Dédalo Sanz-Hernández

En un nuevo estudio publicado en la revista ACS Nano, un equipo de investigadores de la Universidad de Cambridge (Reino Unido) y TU Eindhoven (Países Bajos), muestra cómo mediante la integración de los métodos más avanzados en nanoimpresión 3D con métodos tradicionales es posible desarrollar circuitos funcionales capaces de procesar información.

Vista esquemática que compara algunos ejemplos de geometrías y configuraciones magnéticas (indicadas con flechas azules) para (a) el nanomagnetismo 3D y (b) 2D. La dependencia de la magnetización M de las coordenadas espaciales (flechas negras) está indicada para ambos casos. Nuevos métodos de síntesis, caracterización y computacionales tienen el potencial de dar el salto a la 3D.

La combinación de estados magnéticos más complejos y grados adicionales de libertad en nanomagnets 3D conduce a la aparición de nuevos fenómenos físicos, que pueden encontrar aplicaciones en múltiples áreas. (a) Ejemplos de nanoimanes 3D, de izquierda a derecha: esfera magnética con configuración vortex. Elemento magnético de película delgada con un skyrmion.

La ruptura de simetría es causada por la interacción Dzyaloshinskii-Moriya a granel o interfacial. Banda de Möbius con magnetización perpendicular; debido a la topología del objeto, un DW está presente en el estado del suelo. NW cilíndrico de diámetro modulado, con diferentes configuraciones magnéticas en función del diámetro. Superredes antiferromagnéticas (AF) (interlayers no mostrados para mayor claridad) con un amplio solitón en el centro.

b) Ejemplos de nanoimanes 2D, de izquierda a derecha: imán de un solo dominio. Elemento magnético multicapa con anisotropía perpendicular. Nanoescurrimiento con protrusiones para la captura de DW. Imán de dos capas con acoplamiento AF debido al intercambio indirecto a través de una capa intermedia (no se muestra para mayor claridad).

Demostramos una nueva forma de fabricar y utilizar un dispositivo magnético que, en una escala nanométrica, puede controlar la información a lo largo de las tres dimensiones del espacio. Amalio Fernández-Pacheco, Investigador Jefe del Proyecto, Laboratorio Cavendish, Cambridge

Para fabricar estos nano-imanes en 3D se utiliza un microscopio electrónico junto con un inyector de gas para imprimir en 3D un andamio suspendido sobre un sustrato de silicio 2D tradicional. Después de la nanoimpresión en 3D, el material magnético se coloca sobre todo el conjunto para permitir el transporte de la información.

Al integrar un protocolo de fabricación muy preciso con un sistema láser personalizado, los investigadores han podido mostrar la detección de estructuras casi totalmente suspendidas y con anchos de tan sólo 300 nm.

En este trabajo no sólo demostramos un gran salto en las capacidades de nanofabricación, sino que además, lo que es más importante, hemos desarrollado un sistema que nos permite ver estos diminutos dispositivos de una manera relativamente sencilla “, señala Dédalo Sanz-Hernández, líder de este trabajo.

La información dentro del dispositivo se puede leer utilizando un solo láser en configuración de campo oscuro (una técnica diseñada para aislar objetos pequeños de fondos brillantes). Dédalo Sanz-Hernández, Líder de esta investigación

Un gran avance en la espintrónica

Esta innovación forma parte de un campo más amplio denominado “espintrónica”. Las tecnologías espintrónicas no sólo hacen que la mayoría de los electrones de carga eléctrica almacenen y procesen información, sino que también hacen girar, permitiendo la creación de circuitos electrónicos que se benefician de una mayor eficiencia energética en comparación con las tecnologías existentes.

Proyectos como éste abren el camino al desarrollo de una generación completamente nueva de dispositivos magnéticos que pueden almacenar información sobre movimientos y procesos de forma muy eficiente aprovechando las tres dimensiones del espacio. Amalio Fernández-Pacheco

Se están desarrollando nanoestructuras magnéticas para su uso en muchos aspectos de nuestra vida diaria, abarcando áreas como el almacenamiento de datos, la detección y la biomedicina. Mientras que los nanoimanes con patrones son tradicionalmente estructuras planas bidimensionales, los trabajos recientes están expandiendo el nanomagnetismo en tres dimensiones; un movimiento provocado por el avance de métodos de síntesis no convencionales y el descubrimiento de nuevos efectos magnéticos. En los nanoimanes tridimensionales se hacen posibles configuraciones magnéticas más complejas, muchas de ellas con propiedades sin precedentes. Aquí revisamos la creación de estas estructuras y sus implicaciones para el surgimiento de la nueva física, el desarrollo de instrumentación y métodos computacionales, y la explotación en numerosas aplicaciones.

 


Referencias & Fuentes

agenciasinc.esThree-Dimensional Nanomagnets for the computer of tomorrow

phys.orgThree-dimensional nanomagnets for the computer of tomorrow

azonano.comThree-Dimensional Nanoscale Magnetic Circuit for Advanced Computer

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Martín González Soto

Martin González Soto (n. en 1974 en la Santiago de Chile), nacionalizado Español  en 1999, es un profesor de robotica aplicada e informática de la Universidad Libre de Madrid, en España, y un reconocido experto en redes neuronales artificiales e inteligencia artificial. 

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