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Oscilaciones a nanoescala en nuevas aplicaciones

Las ondas de magnetización oscilantes ofrecen grandes posibilidades para memorias y procesamiento de la información. Un grupo de científicos financiado por la Unión Europea las estudió y aprovechó en modelos inspirados en la biología, sistemas experimentales y dispositivos.
Oscilaciones a nanoescala en nuevas aplicaciones
Los osciladores de torsión de espín (STO) son nuevos dispositivos oscilantes a nanoescala que se basan en la tecnología espintrónica y la conmutación periódica de la magnetización. Por su escala diminuta y gran capacidad de sintonización resultan muy atractivos para muchas aplicaciones, incluidas las no convencionales. No obstante, los mecanismos son poco conocidos y es necesario comprenderlos para poder emplearlos provechosamente.

Un grupo de científicos financiado por la Unión Europea inició el proyecto «Spin torque oscillators with applications in non digital computing science and communications» (SPINTORQOSC) con el fin de ampliar estos conocimientos y facilitar la implementación de computación inspirada en la biología en nanoestructuras. Se centraron en las excitaciones de ondas de espín en láminas delgadas ferromagnéticas, un fenómeno que permite nuevas formas de procesamiento de la información.

El equipo pretendía implementar la computación de frentes de ondas utilizando ondas de espín análogas a la computación que realiza el cerebro aprovechando la actividad eléctrica oscilatoria periódica. Las ondas de espín o magnones son excitaciones colectivas elementales de espines. El espín es el momento angular inherente a todas las partículas elementales. En los STO se mantienen oscilaciones de la magnetización de magnitud muy grande.

El trabajo teórico permitió conseguir el primer objetivo y publicar un modelo para implementar computaciones inspiradas biológicamente con frentes de ondas en nanoestructuras. Los científicos propusieron un concepto que consistía en láminas delgadas ferromagnéticas en las cuales se propagan ondas de espín y nanocontactos (los STO) en contacto con las láminas para excitar dinámicas de magnetización. Así pues, los STO pueden crear patrones de ondas de espín y, a la vez, detectar ondas de espín aplicadas.

El trabajo experimental permitió obtener dispositivos con STO en láminas delgadas ferromagnéticas y demostrar la actividad de ondas de espín en ellas mediante medidas eléctricas. El equipo del proyecto también estudió distintos métodos para captar imágenes de las ondas de espín y controlarlas, en los que se utilizaron dos sincrotrones distintos y semiconductores orgánicos.

El acoplamiento entre las láminas delgadas magnéticas y los semiconductores orgánicos permitió descubrir un nuevo efecto: la transducción de una señal magnética en otra óptica mediante electroluminiscencia en el semiconductor orgánico. Otro trabajo se centró en imanes de una sola molécula y la fabricación de distintos dispositivos de STO.

Los resultados de SPINTORQOSC se han publicado en numerosos artículos en revistas científicas de prestigio sometidas a revisión. Mediante la teoría y la experimentación, los científicos han profundizado en los conocimientos sobre los STO y sus mecanismos y control. La posibilidad de aprovechar estos conocimientos en forma de dispositivos nuevos está a la vuelta de la esquina.

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Palabras clave

Magnetización, osciladores de torsión de espín, ciencia informática, onda de espín, láminas delgadas ferromagnéticas
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