Nuevas claves para mejorar las memorias magnéticas

El Grupo de Simulación de Nanoestructuras Magnéticas (SINAMAG) de la Universidad de Salamanca ha publicado un artículo en la revista Scientific Reports, del grupo Nature, un estudio sobre el comportamiento de estructuras micromagnéticas. Este trabajo, basado en simulaciones numéricas, ofrece claves que pueden ayudar a mejorar un nuevo tipo de memorias magnéticas, contribuyendo a que los ordenadores sean más rápidos y consuman menos energía.

Este grupo de investigación se dedica a la física aplicada, de manera que sus trabajos tienen “un objetivo concreto”, explica Luis Torres, “que funcione un dispositivo electrónico determinado que se fabrica posteriormente y representa un avance tecnológico”. Partiendo de ecuaciones fundamentales de física cuántica, los científicos llegan al terreno de la ingeniería electrónica para comprobar cómo funcionan los dispositivos.

“Realizamos simulaciones de micromagnetismo, es decir, de estructuras de tamaño micrométrico o nanométrico que tienen materiales magnéticos” y que hoy en día tienen muchas aplicaciones tecnológicas, desde memorias magnéticas de acceso aleatorio STT-MRAM que ya incorporan los ordenadores a sensores de campo magnético que se utilizan en biotecnología.

En este caso, los investigadores han revelado, con sus simulaciones, un aspecto muy importante del funcionamiento de las memorias magnéticas. Dentro del código binario, que almacena información a través de un lenguaje de unos y ceros, “en una memoria magnética tienes una parte del material magnetizado en una dirección, que es un 1, y se convierte en 0 cuando le das la vuelta”, explica el experto. El paso de 1 a 0 y viceversa se produce a través de corriente eléctrica.

Hasta ahora se pensaba que, dentro de una pequeña muestra, este proceso ocurría a la vez y de manera uniforme. Sin embargo, “nosotros hemos demostrado que no es así”, comenta Eduardo Martínez, otro miembro del Departamento de Física Aplicada. Por ejemplo, “si tenemos una muestra cuadrada, la conversión empieza por una esquina y se va creando una frontera a medida que avanza, lo que llamamos una pared de dominio”. Este fenómeno ocurre en apenas picosegundos (la billonésima parte de un segundo), bastante más rápido que si ocurriese en toda la muestra de manera uniforme.

Este proceso de inversión de la magnetización, conocido como switching, es universal, ocurre en muestras de distintos materiales, formas, tamaños y temperaturas, tal y como se describe en el artículo publicado enScientific Reports, debido a las condiciones del material magnético y la interacción espín-órbita.

Hasta ahora, los experimentos de laboratorio no cuadraban con la anterior hipótesis de que la inversión de la magnetización ocurría a la vez, mientras que las simulaciones del grupo SINAMAG, que describen el hecho como progresivo, encajan perfectamente con los datos experimentales.

Para los investigadores, conocer con mayor detalle este tipo de procesos es importante porque su objetivo, de cara a aplicaciones prácticas, es que el switching se realice cada vez con menos energía, más rápido y de forma que la información permanezca estable durante muchísimo tiempo.

Ventajas de los nuevos dispostivos

De hecho, las nuevas memorias magnéticas de acceso aleatorio presentan muchas ventajas. “La corriente es externa al material magnético que alberga la información, con lo cual se reduce el calentamiento y las pérdidas de energía, además de que permiten almacenar grandes cantidades de información muy estable en tamaños muy pequeños”, destacan los científicos. Asimismo, se reduce el tiempo de escritura, es decir, lo que se tarda en pasar de un 1 a un 0.

Además, los dispositivos que se pueden fabricar a una escala tan pequeña nunca son perfectos, siempre contienen imperfecciones o distintas rugosidades difíciles de controlar. Por ello, el hecho de que este fenómeno ocurra de forma universal, al margen de los posibles defectos o las condiciones térmicas, es muy importante desde el punto de vista del desarrollo tecnológico.

Los resultados se enmarcan dentro del proyecto europeo WALL, en el que, además de la Universidad de Salamanca, participan instituciones y empresas de otros cinco países europeos: Reino Unido, Alemania, Francia, Italia y Suiza. Sin embargo, este trabajo ha sido realizado por completo en el departamento de Física Aplicada de la Universidad de Salamanca y con el software que comercializa la spin-off de la Universidad de GoParallel.