Los investigadores han tomado los materiales magnéticos que forman la columna vertebral de las modernas tecnologías de información digital, como el almacenamiento en el disco duro, un paso más allá. Han codificado la información mediante láminas imantadas que tienen solo unas pocas capas de átomos de espesor, las láminas magnéticas atómicas.

Este avance revolucionará las tecnologías de computación en la nube y la electrónica de consumo al permitir el almacenamiento de datos a una mayor densidad y una mayor eficiencia energética.

En un nuevo estudio, que aparece en la revista Science, los investigadores informan que usaron montones de materiales ultrafinos para ejercer un control sin precedentes sobre el flujo de electrones en función de la dirección de sus “espines”. Los “espines” de electrones son análogos a los pequeños, imanes subatómicos.

Los materiales que utilizaron incluyen láminas de tri-yoduro de cromo (CrI3), un material descrito en 2017 como el primer aislante magnético en 2D. Cuatro láminas -cada una con solo un átomo de grosor- crearon el sistema más delgado que puede bloquear los electrones en función de sus espines mientras ejerce un control más de 10 veces más fuerte que otros métodos.

“Nuestro trabajo revela la posibilidad de llevar el almacenamiento de información basado en tecnologías magnéticas al límite atómico”, dice el autor co-líder Tiancheng Song, estudiante de doctorado en física en la Universidad de Washington.

En una investigación relacionada en Nature Nanotechnology, el equipo encontró formas de controlar eléctricamente las propiedades magnéticas de este imán atómico delgado.

“Con el crecimiento explosivo de la información, el desafío es cómo aumentar la densidad del almacenamiento de datos mientras se reduce la energía operativa”, dice el autor correspondiente Xiaodong Xu, profesor de física y de ciencia e ingeniería de materiales e investigador de la facultad de energía limpia de la universidad. Instituto. “La combinación de ambos trabajos apunta a la posibilidad de diseñar dispositivos de memoria magnética y anatómicamente delgada, con un consumo de energía de órdenes de magnitud menor que la que se puede lograr actualmente”.

El nuevo documento de Science también analiza cómo este material podría permitir un nuevo tipo de almacenamiento de memoria que explota los giros de electrones en cada hoja individual.

Los investigadores emparedaron dos capas de CrI3 entre láminas conductoras de grafeno. Demostraron que, dependiendo de cómo se alinean los giros entre cada una de las láminas de CrI3, los electrones pueden fluir sin impedimentos entre las dos láminas de grafeno o bloquearse para que no fluyan. Estas dos configuraciones diferentes podrían actuar como bits, ceros y unos de código binario para codificar información.

“Las unidades funcionales de este tipo de memoria son uniones de túnel magnético, o MTJ, que son ‘puertas’ magnéticas que pueden suprimir o dejar pasar la corriente eléctrica dependiendo de cómo se alinean los giros en la unión”, dice el coguista Xinghan Cai, un investigador postdoctoral en física. “Tal puerta es fundamental para realizar este tipo de almacenamiento de datos a pequeña escala”.

Con hasta cuatro capas de CrI3, el equipo descubrió el potencial para el almacenamiento de información “multi-bit”. En dos capas de CrI3, los giros entre cada capa están alineados en la misma dirección o direcciones opuestas, lo que lleva a dos velocidades diferentes que los electrones pueden fluir a través de la puerta magnética. Pero con tres y cuatro capas, hay más combinaciones para los giros entre cada capa, lo que lleva a tasas múltiples, distintas en las que los electrones pueden fluir a través del material magnético de una hoja de grafeno a la otra.

“En lugar de que su computadora tenga solo dos opciones para almacenar una información, puede tener una opción A, B, C, incluso D y más allá”, dice el coautor Bevin Huang, estudiante de doctorado en física. “Así que no solo los dispositivos de almacenamiento que usan uniones CrI3 serían más eficientes, sino que almacenarían intrínsecamente más datos”.