Sincrotrón ALBA
Un estudio publicado en la revista Advanced Functional Materiales y dirigido por un equipo del Reino Unido, en colaboración con la línea de luz BOREAS del Sincrotrón ALBA, ha demostrado la posibilidad de almacenar información magnética en escalas de tiempos de picosegundos en una interfase de fullereno - óxido utilizando la corriente de fotones generada en la capa molecular. Esto tiene un gran potencial para el desarrollo de memorias de información híbridas ultra rápidas ‘eco-friendly’ y sensores magneto-ópticos que funcionan a través de la radiación eléctrica o de luz a altas frecuencias.
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Cerdanyola del Vallès (Barcelona), 16 de marzo de 2023. La cantidad de información almacenada y en circulación se duplica aproximadamente cada 2 a 4 años en lo que se conoce como la era ‘zettabyte’ (el periodo a mediados de la década de 2010 cuando la cantidad de datos digitales en el mundo superó por primera vez un zettabyte -2012- y cuando el tráfico IP global superó por primera vez un zettabyte -2016-). La potencia y los recursos necesarios para mantener este intercambio y almacenamiento de información representan un porcentaje cada vez mayor de los recursos mundiales. Para conseguir que este progreso sea sostenible en las próximas décadas, se deben encontrar tecnologías disruptivas que funcionen a frecuencias más altas que las que se utilizan hoy en día (de MHz a THz), a la vez que se reduzca la potencia operativa y se fomente el uso de materiales ecológicos. Sin embargo, los dispositivos actuales necesitan frecuentemente metales pesados y limitaciones de la cara a causa de la velocidad de la inversión de la magnetización y las densidades de corriente necesarias para almacenar o cambiar información. Investigadores de la Universidad de Leeds, en colaboración con el Science and Technology Facilities Council, las universidades de Edimburgo y Exeter, y el Sincrotrón ALBA, han publicado en la revista Advanced Functional Materials una nueva arquitectura de dispositivos donde la información se escribe utilizando luz en lugar de otros métodos tradicionales como campos magnéticos en discos duros o corrientes eléctricas en memorias de estado sólido. Esto se consigue utilizando una capa de fullereno, una forma de carbono como el grafeno o el grafito, entre un metal ferromagnético y un óxido de metal de transición. En este material, la irradiación de luz genera pares ligados de agujeros y electrones (es decir, excitones) que se pueden separar mediante campos dieléctricos en cada interfase. Estos electrones y agujeros son finalmente filtrados por espín, lo cual genera una capa magnética donde se puede almacenar la información. |
"Las interfases entre moléculas y óxidos de metal pueden dar lugar a funcionalidades que no están presentes en ninguno de los dos materiales por separado. Esto lleva a nuevas funcionalidades, como una respuesta magneto-óptica que se puede utilizar para la detección o, como se aplica aquí, en memorias ultra rápidas de baja potencia. Las colaboraciones multinacionales y el apoyo de instalaciones a gran escala como ALBA son clave en los estudios para establecer arquitecturas sostenibles y resistentes para el futuro de la tecnología" comenta el Prof. Oscar Cespedes, líder del grupo de investigación de la Escuela de Física y Astronomía de la Universidad de Leeds.
La luz de sincrotrón, clave para desentrañar los detalles magnéticos de las memorias
El equipo de investigación estudió la estructura electrónica, que muestra la formación de los campos dieléctricos y predice una capa molecular polarizada de espín y una superficie de óxido de metal medio metálico. Ninguno de los dos estaba linealmente acoplado con el electrodo de cobalto.
Para estudiar el cambio en las propiedades de las corrientes de luz y magnéticas al cambiar la dirección de polarización de la luz con la magnetización, utilizaron las capacidades de la línea de luz BOREAS en dispositivos antes y después de ser cargados. Los cambios se pueden medir mediante medidas de resolución de tiempo, y son aparentes menos de un picosegundo después de la exposición.
"Las tecnologías de futuro se basan en la miniaturización de la memoria y los dispositivos lógicos que operan a frecuencias crecientes. Nuestros descubrimientos demuestran una arquitectura de almacenamiento de memoria magnética localizada a una interfase funcional que puede explotar las escalas de tiempos de picosegundos de las excitaciones ópticas. Las capacidades y la experiencia generadas a través de nuestra colaboración con el equipo de la línea de luz BOREAS eran vitales para interpretar nuestro sistema material", señala el Dr. Matthew Rogers, el primer autor del artículo.
Figura: a) Imagen esquemática de la estructura que muestra la generación y el filtraje de electrones y agujeros al irradiar. El dispositivo puede ser cargado y descargado utilizando luz y llevando los electrones a tierra.
b) Distribución fotovoltaica de la unión utilizando un láser de 50W 473nm. c) Ciclo de histéresis de la unión con el campo magnético paralelo al electrodo (el eje de magnetización fácil, a lo largo del cual el material magnetiza con menos energía).
Referencia: M. Rogers, A. Habib, G. Teobaldi, T. Moorsom, J.O. Johansson, L. Hedley, P.S. Keatley, R.J. Hicken, M. Valvidares, P. Gargiani, N. Alosaimi, E. Poli, M. Ali, G. Burnell, B.J. Hickey and O. Cespedes, Advanced Functional Materials 2023, 2212173.
Con la colaboración de la Fundación Española para la Ciencia y la Tecnología. El Sincrotrón ALBA forma parte de la red de Unidades de Cultura Científica y de la Innovación (UCC+i) de la Fundación Española para la Ciencia y la Tecnología (FECYT) y ha recibido apoyo a través del proyecto FCT-21-17088.
