Investigadores del Departamento de Física de la UAB han creado un nuevo estado magnético llamado "vortión", que permite un control preciso de las propiedades magnéticas a escala nanométrica y a temperatura ambiente. Este avance, publicado en Nature Communications, podría revolucionar el desarrollo de dispositivos magnéticos avanzados, imitando el comportamiento de las sinapsis neuronales y reduciendo el consumo energético en tecnologías de almacenamiento de datos. Las aplicaciones potenciales incluyen computación espintrónica y terapia médica.
Investigadores del Departamento de Física han logrado desarrollar un innovador estado magnético conocido como el vortión, o vórtice magnetoiónico. Este avance, que ha sido publicado en la prestigiosa revista Nature Communications, permite un control sin precedentes sobre las propiedades magnéticas a escala nanométrica y a temperatura ambiente, abriendo así nuevas posibilidades para el diseño de dispositivos magnéticos avanzados.
La creciente utilización de grandes volúmenes de datos, también conocido como Big Data, ha incrementado significativamente la demanda energética en el ámbito de las tecnologías de la información. Tradicionalmente, para almacenar información se recurre a corrientes eléctricas que generan calor y disipan energía. Sin embargo, utilizar voltajes para controlar memorias magnéticas podría reducir este gasto energético. La clave está en los materiales magnetoiónicos, que permiten modificar sus propiedades magnéticas mediante la adición o extracción de iones a través de cambios en el voltaje aplicado.
A pesar de los avances, gran parte de la investigación previa se ha centrado en capas continuas, ignorando el potencial de los bits con dimensiones nanométricas necesarios para un almacenamiento denso de datos. En este contexto, los fenómenos magnéticos sub-micrométricos, como los vórtices magnéticos —pequeños remolinos magnéticos— presentan aplicaciones relevantes tanto en la grabación y lectura de datos como en biomedicina. Sin embargo, hasta ahora modificar estos estados vórtices era una tarea complicada y requería altos niveles energéticos.
El equipo del Departamento de Física de la UAB, junto con científicos del ICMAB-CSIC y otros centros internacionales, ha propuesto una solución revolucionaria que combina magnetoiónica con vórtices magnéticos. El resultado es el vortión, un nuevo objeto que permite controlar las propiedades magnéticas de un nanopunto con gran precisión al extraer iones de nitrógeno mediante voltaje. Esto se traduce en un control eficiente y bajo consumo energético.
"Este objeto representa un territorio inexplorado en la nanoescala", afirma Jordi Sort, investigador ICREA y director del estudio. "A pesar de la alta demanda por controlar estados magnéticos a esta escala, la mayoría de investigaciones se han enfocado en películas continuas". Al observar cómo se desplazan los iones en estructuras discretas como los nanopuntos analizados, surgen configuraciones dinámicas exclusivas que ofrecen interesantes posibilidades.
Las configuraciones espínicas y las propiedades magnéticas de los vortiones son variables según la duración del voltaje aplicado. Así, es posible generar diferentes estados magnéticos desde nanopuntos inicialmente no magnéticos mediante una extracción gradual de iones.
"Con nuestros vortiones, podemos ejercer un control sin precedentes sobre propiedades fundamentales para el almacenamiento de información", explica Irena Spasojevi?, investigadora postdoctoral y primera firmante del trabajo. Este método evita el calentamiento excesivo en dispositivos electrónicos, lo que reduce notablemente las pérdidas energéticas.
Los investigadores han demostrado que variando con precisión el grosor de la capa generada por voltaje se puede alterar el estado magnético entre no magnético y vórtice magnetoiónico, todo ello manteniendo un enfoque controlado y reversible.
Nuevas fronteras para dispositivos inspirados en el cerebro
Este nivel sin precedentes abre caminos hacia dispositivos avanzados con funcionalidades adaptativas tras su síntesis. "Prevemos integrar vórtices magnetoiónicos reconfigurables en redes neuronales como sinapsis dinámicas", anticipa Sort. Estas unidades podrían replicar comportamientos neuronales al ofrecer conexiones con pesos sintonizables, reflejando valores ajustables de magnetización o anisotropía para dispositivos neuromórficos inspirados en el cerebro.
Aparte del impacto potencial en computación analógica y memorias multi-nivel, los vortiones podrían ser aplicados en terapia médica (teragnosis), ciberseguridad o computación basada en espín magnético.
Bajo la dirección del profesor Jordi Sort e Irena Spasojevi? como primera autora, han colaborado varios investigadores del departamento junto a expertos internacionales. Esta investigación ha sido financiada por el proyecto REMINDS del European Research Council.
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