Investigadores logran controlar dos tipos de magnetismo en un átomo

Investigador de la Universidad Técnica Federico Santa María en colaboración con un grupo internacional logró controlar dos tipos de magnetismo en un átomo

La investigación publicada en la revista Nature Quantum Materials abre la puerta al almacenamiento de dos bits de información usando solo un átomo. Este descubrimiento podría ser un primer paso para revolucionar futuras generaciones de equipos tecnológicos ya que podría duplicar la capacidad de almacenamiento de información a escala atómica.

El reciente estudio fue realizado por investigadores de la Universidad Tecnológica de Delft en Holanda, la Universidad de La Laguna en España y de la Universidad Técnica Federico Santa María de Valparaíso-Chile (USM).

De la USM participó el Dr. Jhon W. González, quien se desempeña como investigador del Departamento de Física de esa casa de estudios, y quien expresó que este importante descubrimiento es fruto de un trabajo colaborativo a nivel internacional y el resultado de la acumulación de conocimientos de varios años. “En conjunto logramos controlar de forma independiente dos tipos de magnetismo en un solo átomo. Este descubrimiento abre la puerta al almacenamiento de dos bits de información usando solo un átomo, duplicando la capacidad de almacenamiento de información a la escala más pequeña posible imaginable a este momento” comentó.

Los autores del trabajo explican que el magnetismo de un átomo es el resultado de los movimientos de los electrones que orbitan alrededor del núcleo del átomo (momento orbital), y de un momento angular intrínseco o de espín, que se puede entender como el giro de los electrones sobre sí mismos. Cada uno de estos movimientos podría, en principio, utilizarse para almacenar información, expresaron los expertos. En este trabajo se logró controlar de forma independiente y por primera vez estos dos tipos de magnetismo. Para lograrlo, explica el Dr. González, combinaron varias técnicas experimentales y teóricas. Se uso microscopía de efecto túnel (STM), teoría funcional de la densidad (DFT) y modelos analíticos. Con ello lograron realizar y comprender el proceso de manipulación de un solo átomo haciendo pasar de forma muy precisa una pequeña corriente túnel a través del átomo en cuestión a temperaturas muy bajas.

Tanto el movimiento orbital como el espín podrían utilizarse para almacenar información. La parte orbital, puede ser en sentido horario o antihorario, representando el “0” y el “1” de un bit. El espín también tiene dos direcciones de rotación posibles. “En teoría podrías almacenar dos bits de información en un solo átomo. En la realidad las cosas son un poco más complicadas que eso”, afirman los investigadores. “Si inviertes la dirección orbital, la dirección de espín casi siempre cambia con ella, y viceversa, ya que dichos movimientos orbitales no son completamente independientes”.

Aislar y medir las propiedades magnéticas de un solo átomo en una superficie es muy complejo. Lo normal, comentan los especialistas, es que cuando un átomo se deposita sobre una superficie, existe una fuerte interacción entre el átomo y la superficie, lo que hace muy difícil manipular sus propiedades. “Mantener estos sistemas de forma estable es bastante complicado. Se requieren temperaturas muy bajas, apenas 0.3 ºC por encima del cero absoluto (-272.85 °C), junto con condiciones de ultra-alto vacío, con presiones cercanas a las del espacio interestelar y campos magnéticos de hasta 5 teslas (el campo magnético de un altavoz potente esta cercano a 1 tesla). La superficie donde se deposita el átomo es una aleación de cobre y oro, sobre la que se crece una monocapa de cobre y nitrógeno. Con esto se aísla y se estudia el magnetismo en el átomo de hierro. Esto es el resultado de un largo proceso de ensayo y error, de muchos cálculos, de mucha intuición, y de probar con distintos elementos de la tabla periódica hasta dar con la combinación perfecta”.  explicó el Dr. González. El principal resultado, sostienen los expertos, es que se dio un gran paso en el conocimiento de cómo controlar de forma independiente dos tipos de magnetismo a escala atómica.

El físico de la Universidad de porteña recordó la importancia de la investigación básica, ya que “Con este descubrimiento se ofrece una alternativa que hasta ahora no había sido explorada, esto permitirá que alguien tome este conocimiento y pueda dar un paso más y quizás aplicarlo en el desarrollo de nuevas tecnologías. Sin embargo, el almacenamiento de datos a la escala atómica está todavía muy lejos de ser útil a nivel comercial”.