UAB i Sincrotró participen en una recerca per augmentar la capacitat i robustesa de les memòries digitals

La recerca sobre nanoagulles obre les portes a un control més acurat i precís dels materials magnètics i permet millorar l’arquitectura i la capacitat de les memòries digitals magnètiques.

Alguns dispositius de memòria on s’emmagatzema la informació dels telèfons i ordinadors estan basats en un control molt acurat de les propietats magnètiques, a escala nanoscòpica. Com més precís és aquest control, més capacitat d’emmagatzematge i velocitat poden tenir.

Una nova tècnica desenvolupada per investigadors de la Universitat Autònoma de Barcelona (UAB), l’Institut de Ciència de Materials de Barcelona (ICMAB) i el Sincrotró Alba basada en l’aplicació de pressió sobre la superfície d’un material metamagnètic mitjançant agulles nanomètriques, permet canviar les seves propietats de manera molt més senzilla i localitzada que els mètodes actuals.

L'antiferromagnetisme, estat més robust

En casos determinats s’utilitza la combinació del ferromagnetisme (on el magnetisme de tots els àtoms del material apunta en la mateixa direcció) i l’antiferromagnetisme (on el magnetisme dels àtoms del material apunta alternadament en direccions contràries) per emmagatzemar la informació. Un dels materials que pot mostrar aquests dos ordenaments és l’aliatge de ferro i rodi (FeRh), gràcies a que mostra una transició metamagnètica entre aquestes dues fases a una temperatura molt propera a la de l’ambient. En concret, pot canviar d’estat passant de ser antiferromagnètic a ferromagnètic quan s’escalfa. L’estat antiferromagnètic és molt més robust i segur que el ferromagnètic, ja que no es veu alterat fàcilment per la presència d’imants en la seva proximitat, és a dir, un camp magnètic extern no pot esborrar-ne fàcilment la informació.

La nova tècnica, amb participació de científics de la UB i de l’ICN2, utilitza la pressió mecànica per modificar aquesta transició i estabilitzar l’estat antiferromagnètic. La recerca permet una millora important en la capacitat de miniaturitzar els patrons que es poden construir amb materials magnètics, una millora en la resolució de les eines que els enginyers utilitzen per dissenyar els dispositius magnètics de la tecnologia que utilitzem diàriament.

Jordi Sort, investigador ICREA del departament de Física de la UAB, indica que aquesta nova tècnica basada en l’aplicació de pressió mitjançant nanoagulles “pot permetre construir dispositius nanomètrics magnètics amb estructures molt més petites i molt més robustes i segures que les actuals, tot facilitant la fabricació de memòries magnètiques amb diferents arquitectures que millorin les seves capacitats”.

Per obtenir aquesta informació sobre els canvis produïts en les propietats magnètiques del material a escala nanomètrica, en aquest estudi s’ha utilitzat la tècnica anomenada dicroisme circular magnètic de raigs X en combinació amb la microscòpia electrònica de fotoemissió, a la línia de llum CIRCE-PEEM del Sincrotró Alba. Michael Foerster, científic del Sincrotro de Cerdanyola, manifesta que “aquestes tècniques amb llum de sincrotró permeten veure els canvis en una escala realment molt petita”.

Les possibles aplicacions van més enllà dels materials magnètics. El fet de modificar les propietats d’un material aplicant pressió, és a dir, modificant el volum de les cel·les de la seva estructura cristal·lina, pot ser extrapolat a altres tipus de materials. Els investigadors consideren que es tracta d’una tècnica que obre les portes a una nova via per nanoestructurar les propietats físiques i funcionals dels materials, i a implementar noves arquitectures en altres tipus de nanodispositius i microdispositius no magnètics.  

La recerca ha estat destacada en portada en la darrera edició de la revista Materials Horizons. Liderada pels investigadors Ignasi Fina, de l’Institut de Ciència de Materials de Barcelona (ICMAB-CSIC), Jordi Sort, ICREA al Departament de Física de la Universitat Autònoma de Barcelona (UAB), i Michael Foerster, científic de la línia de llum CIRCE del Sincrotró ALBA, la investigació ha comptat també amb la participació d’Enric Menéndez, Alberto Quintana i Daniel Esqué de los Ojos (Departament de Física de la UAB); Carles Gómez-Olivella (Departament de Física Aplicada i Òptica de la Universitat de Barcelona); Oriol Vallcorba i Lucia Aballe (també del Sincrotró ALBA); Carlos Frontera (ICMAB-CSIC); Josep Nogués (ICREA a l’Institut Català de Nanociència i Nanotecnologia, ICN2); i Emerson Coy (NanoBioMedical Centre, Adam Mickiewicz University).