Se prevé que, en tan solo unas décadas, el creciente volumen de datos digitales constituirá uno de los mayores consumidores de energía del mundo. En este contexto, los investigadores de la Universidad Tecnológica de Chalmers (Suecia) han logrado desarrollar un material de espesor atómico que permite la coexistencia de dos fuerzas magnéticas opuestas, reduciendo drásticamente el consumo de energía en dispositivos de memoria por un factor de 10. Este descubrimiento podría sentar las bases para una nueva generación de soluciones de memoria ultraeficientes y fiables para la inteligencia artificial (IA), la tecnología móvil y el procesamiento avanzado de datos.
Las unidades de memoria son componentes esenciales en prácticamente todas las tecnologías modernas que procesan y almacenan información, como electrodomésticos, sistemas de IA, dispositivos médicos, teléfonos inteligentes, computadoras y vehículos autónomos. Para ayudar a optimizar su consumo energético, el magnetismo ha emergido como un elemento clave en la evolución de la memoria digital.
Al aprovechar el comportamiento de los electrones en materiales magnéticos bajo campos externos y corrientes eléctricas, los investigadores pueden diseñar chips de memoria que son más rápidos, más pequeños y más eficientes energéticamente. Sin embargo, el volumen de datos que se almacenan, procesan y transmiten está creciendo exponencialmente. Dentro de unas décadas, se proyecta que represente casi el 30% del consumo energético mundial.
Combinación de fuerzas magnéticas
Esto ha impulsado una búsqueda urgente de nuevos enfoques para crear unidades de memoria mucho más eficientes energéticamente, al tiempo que desbloquea oportunidades tecnológicas completamente nuevas. Ahora, el equipo de Chalmers ha mostrado cómo un nuevo material en capas combina dos fuerzas magnéticas distintas, lo que permite una reducción de 10 veces en el consumo de energía en dispositivos de memoria.
En física e ingeniería, se suelen considerar dos estados magnéticos fundamentales: el ferromagnetismo y el antiferromagnetismo. El ferromagnetismo es el fenómeno habitual (observado en los imanes cotidianos) que atrae materiales como el hierro, el níquel o el cobalto. En este estado, los electrones se alinean uniformemente, creando un campo magnético unificado visible externamente.
En cambio, el antiferromagnetismo implica electrones con espines opuestos, lo que provoca que sus estados magnéticos se anulen entre sí. La combinación de estas dos fuerzas opuestas ofrece importantes ventajas científicas y técnicas, lo que las hace adecuadas para la memoria de ordenadores y los sensores. Sin embargo, hasta ahora, esto solo ha sido posible mediante la combinación de diferentes materiales ferromagnéticos y antiferromagnéticos en estructuras multicapa.
Ahorro energético en los dispositivos de memoria digital
Para almacenar información, los dispositivos de memoria deben cambiar la dirección de los electrones dentro de un material. Con los materiales convencionales, esto suele requerir un campo magnético externo para alternar la orientación de los electrones. Sin embargo, el nuevo material de Chalmers presenta una combinación integrada de fuerzas magnéticas opuestas que crean una fuerza interna y una alineación magnética general inclinada.
Esta inclinación permite que los electrones cambien de dirección rápida y fácilmente sin necesidad de campos magnéticos externos. Al eliminar la necesidad de campos magnéticos externos que consumen mucha energía, el consumo de energía se puede reducir 10 veces.
En estos dispositivos de memoria de alta eficiencia, las películas de cristales bidimensionales se apilan en capas. A diferencia de los materiales convencionales, que se mantienen unidos mediante enlaces químicos, estas capas se unen mediante fuerzas de van der Waals. El material presenta una aleación magnética compuesta por elementos magnéticos y no magnéticos (cobalto, hierro, germanio y telurio), lo que permite la coexistencia del ferromagnetismo y el antiferromagnetismo en una misma estructura.