15 Sep 2017
(Vía UCM) Un nuevo hallazgo, publicado en la revista Nature Nanotechnology, podría ser útil en la fabricación de dispositivos electrónicos más rápidos y más pequeños que los actuales. La investigación ha sido llevada a cabo por investigadores usuarios de la RES del departamento de Física de Materiales de la UCM y del Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid (ICMM-CSIC).
Con el objetivo de poder continuar durante las próximas décadas con el vertiginoso ritmo de aumento en la capacidad de almacenamiento y en la velocidad de computación (caracterizado por la denominada “ley de Moore”), los científicos buscan actualmente alternativas a la electrónica convencional basada en semiconductores como el silicio. Gracias al progreso de la nanotecnología, la fabricación de dispositivos con tamaños de unos pocos nanómetros es cada vez más fácil y ofrece la posibilidad de explorar fenómenos físicos de naturaleza cuántica hasta ahora inaccesibles.
Entre estas alternativas está la utilización de las “paredes de dominio” existentes en los materiales ferromagnéticos. Los materiales ferromagnéticos se caracterizan porque se imantan espontáneamente y su imantación se orienta utilizando un campo magnético; mientras que en los ferroeléctricos la orientación de la polarización se lleva a cabo por campo eléctrico. Si los campos eléctricos o magnéticos no son lo suficientemente altos aparecen en el material regiones o dominios con orientaciones diferentes para la polarización o imantación. Recientemente se han desarrollado memorias magnéticas (“race-track memory”) que explotan las funcionalidades de las fronteras entre dominios magnéticos.
Una forma completamente nueva de diseñar dispositivos de memoria
Un grupo de científicos dirigidos por Jacobo Santamaría, profesor de la Universidad Complutense de Madrid, ha dado recientemente un importante paso fabricando uniones túnel multiferroicas donde dos láminas de un metal magnético (La0.7Sr0.3MnO3) separados por una delgadísima capa de material ferroeléctrico (BaTiO3), de tan sólo unos nanómetros de espesor, forman en su interior un tipo de pared de dominio caracterizada por presentar una carga eléctrica positiva de polarización. Gracias a las propiedades de esta particular pared de dominio, los investigadores de la UCM han podido detectar que esa corriente eléctrica interna presenta fuertes oscilaciones de origen cuántico, en función del voltaje aplicado.
Juan Ignacio Beltran, de la UCM, ha sido el investigador responsable de la parte de computación del proyecto, con el objetivo de determinar los factores relevantes que rigen los mecanismos estructurales y electrónicos que no se pueden desentrañar mediante las mediciones experimentales. Los cálculos se han llevado a cabo en el supercomputador Magerit, a través de convocatorias de la Red Española de Supercomputación (RES).
Los resultados obtenidos permiten vislumbrar la oportunidad de desarrollar innovadoras aplicaciones en futuros nanodispositivos basados en las paredes de dominio ferroeléctricas, en particular en campos emergentes de computación avanzada y tecnologías cuánticas. Las paredes de dominio ferroeléctricas podrían ser utilizadas como elementos activos en dispositivos electrónicos y espintrónicos ultrarrápidos de nueva generación tales como memorias no volátiles o puertas lógicas, e incluso en nuevos dispositivos para producir energía.
Referencia
Sanchez-Santolino, G., Tornos, J., Hernandez-Martin, D., Beltran, J.I., Munuera, C., Cabero, M., Perez-Muñoz, A., Ricote, J., Mompean, F., Garcia-Hernandez, M. and Sefrioui, Z., 2017. Resonant electron tunnelling assisted by charged domain walls in multiferroic tunnel junctions. Nature Nanotechnology. doi:10.1038/nnano.2017.51.
