21.10.2020 - Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf e. V.

Los científicos crean nanoestructuras tridimensionales usando rayos de iones

Para los ordenadores del mañana

Los efectos en la interfaz entre las capas magnéticas y no magnéticas han sido explotados para el almacenamiento de datos durante tres décadas. Esto ha llevado a un aumento constante de la capacidad de almacenamiento del disco duro y es una de las razones por las que los investigadores ven el potencial para llevar el procesamiento de datos a una nueva era. Una forma en que estas interfaces pueden ser producidas es usando rayos de iones. Los científicos dirigidos por la Dra. Alina Maria Deac del Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) han mostrado ahora los procesos exactos que tienen lugar. Sus resultados, publicados en la revista Applied Materials and Interfaces, podrían hacer avanzar el desarrollo de potentes ordenadores neuromórficos.

La espintrónica se considera un campo de investigación prometedor para equipos más pequeños, potentes y económicos. Mientras que la carga eléctrica es el principal foco de atención en la electrónica de semiconductores convencional, el momento magnético de los electrones tiene una importancia decisiva en la espintrónica. Se sabe desde hace varios años que tales nanoestructuras, que consisten en capas magnéticas y no magnéticas, pueden ser producidas utilizando haces de iones.

El óxido de cobalto no magnético, por ejemplo, cuando es bombardeado con iones, se convierte en cobalto ferromagnético. Así, al introducir multicapas de óxido de cobalto no magnético y platino, la irradiación de iones produce estructuras en las que se alternan capas magnéticas y no magnéticas. En las interfaces entre estas capas, que sólo tienen unos pocos nanómetros de espesor, se producen diversos efectos. Estos efectos son esenciales para el almacenamiento y la transmisión de datos magnéticos y podrían mejorar considerablemente estos aspectos.

No están químicamente ligados, sino que se eliminan físicamente

"Lo que ocurre precisamente cuando un haz de iones convierte un óxido no magnético en un metal magnético ya ha sido estudiado por un grupo de investigación surcoreano en 2012", dice Deac. En ese momento, los científicos utilizaron haces de protones - los núcleos de hidrógeno ordinario. De acuerdo con la suposición previa, estos podrían fusionarse químicamente con el oxígeno del óxido de cobalto. Lo que quedaría es el cobalto magnético y el agua.

"No queríamos seguir con esta explicación", dice Deac. "Porque nadie ha sido capaz aún de detectar el agua en el material, lo que también estaría completamente fuera de lugar para un componente electrónico." Los investigadores creían que si no se podía detectar agua, ésta tendría que desaparecer del material de alguna manera desconocida, u otro efecto sería responsable de la conversión de óxido de cobalto en cobalto.

Deac y su equipo realizaron entonces sus propios experimentos utilizando diferentes haces de partículas y pudieron demostrar que no se produce ninguna reacción química. "Los átomos de oxígeno no reaccionan químicamente. Los iones que irradian simplemente los empujan mecánicamente fuera del camino", explica el científico. El equipo usó diferentes máscaras para las pruebas para cubrir porciones del material de partida. Los investigadores pudieron así demostrar que el efecto se produce sólo en los puntos en los que el rayo golpea directamente el óxido de cobalto. "Así que los átomos de oxígeno son empujados hacia las áreas vecinas no irradiadas de la misma capa, o hacia las capas que están debajo", resume Deac los resultados.

Abriendo un camino para un equipo completamente nuevo

La comprensión de estos procesos es vital para la futura producción de nanoestructuras componentes mediante haces de iones. Mientras que tales estructuras han sido tradicionalmente bidimensionales, Deac y su grupo de investigación han añadido una tercera dimensión a los procesos de fabricación irradiando las múltiples capas de óxido de cobalto y platino con iones sólo en puntos seleccionados. "Esto forma dos tipos diferentes de interfaces", dice Deac, describiendo el resultado. "Por un lado, hay una interfaz horizontal entre el cobalto y el platino que fuerza la magnetización del cobalto en una dirección preferida; y por otro lado, hay una interfaz vertical entre el óxido de cobalto y el cobalto, en la que el momento magnético se bloquea en una dirección específica a bajas temperaturas".

Estas estructuras tridimensionales abren un gran potencial para una mayor miniaturización. Después de todo, la fabricación de componentes extremadamente pequeños, económicos y potentes es el prerrequisito básico para toda una nueva generación de ordenadores. Los investigadores de Dresden tienen en mente principalmente el hardware neuromórfico. Este nuevo tipo de computadora se encuentra en una etapa muy temprana de desarrollo. Están modeladas en el cerebro humano y combinan neuronas sintéticas paralelas altamente conectadas en red y sinapsis en los chips. No sólo superan a los ordenadores actuales en cuanto a potencia de cálculo, sino que también son considerablemente más pequeños y más eficientes desde el punto de vista energético. Esto los convierte en un hardware ideal para aplicaciones en el campo de la inteligencia artificial, como por ejemplo para su uso en vehículos autónomos.

Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.

Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf e. V.

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