Aceleran los datos cientos de veces — y acaban de ser domesticados. Les presentamos: los antiferromagnéticos

Durante décadas, todo lo relacionado con el almacenamiento y procesamiento de datos se ha basado en materiales ferromagnéticos. Son la base del funcionamiento de discos duros, memorias MRAM, generadores de frecuencia y otros dispositivos. Pero desde hace tiempo existe en el arsenal de los físicos otra clase de materiales —los antiferromagnéticos— cuyo potencial es mucho más ambicioso. A diferencia de sus pares, estas sustancias pueden transmitir información cientos de veces más rápido y operar en frecuencias inalcanzables para los dispositivos clásicos. El problema siempre fue que su naturaleza resultaba casi incontrolable.

Ahora la situación empieza a cambiar. Un grupo internacional de investigadores presentó una tecnología que nos permite “iluminar” y controlar el comportamiento de partículas antes consideradas inaccesibles para la observación. El equipo logró registrar y manipular la actividad de espines en antiferromagnéticos mediante estructuras túnel especiales basadas en materiales bidimensionales.

El concepto clave aquí son los espines, propiedades cuánticas de las partículas que pueden imaginarse como diminutos imanes. En los compuestos ferromagnéticos sus orientaciones coinciden, creando un campo externo. En los antiferromagnéticos, los espines de los átomos vecinos están dirigidos en sentido opuesto y se cancelan entre sí. Esta configuración hace que la sustancia sea externamente “invisible” y difícil de detectar mediante métodos clásicos.

Pero los nuevos dispositivos microscópicos detectan actividad de espines en áreas mil veces más pequeñas que lo que antes era posible. La base es el efecto cuántico de tunelamiento: el electrón “se filtra” a través de una barrera potencial, y los cambios en la orientación de los momentos magnéticos se reflejan en la resistencia que experimentan los electrones. Estas oscilaciones pueden leerse como una señal eléctrica —a una velocidad récord, inaccesible para la mayoría de las tecnologías actuales.

El método tuvo éxito gracias a la combinación de dos áreas: la física de sistemas bidimensionales y la espintrónica. En la configuración desarrollada se utilizaron capas ultrafinas de antiferromagnéticos —poseen propiedades de sistemas cuánticos y pueden manipularse eficazmente mediante corrientes puntuales.

Para controlar los estados de espín, los científicos utilizaron el par de torque espín-órbita. El flujo generado al aplicar una corriente influye en el sistema magnético y hace que los elementos giren en una dirección determinada. Sin embargo, el desafío era que inicialmente no se podía determinar con precisión cuál de las capas respondía al estímulo.

La solución llegó al cambiar la geometría: se “retorció” la estructura, rompiendo la simetría de las capas. Esto permitió actuar de forma selectiva sobre la capa deseada sin afectar las demás.

Estas tecnologías podrían servir de base para sistemas de comunicación ultrarrápidos y electrónica de nueva generación, que funcione más allá del rango de gigahercios. Es especialmente prometedora la creación de nanoosciladores, que encontrarán aplicación en telecomunicaciones, soluciones de radiofrecuencia y tecnología cuántica.

En el proyecto participaron científicos de varios países: Kenji Watanabe y Takashi Taniguchi del Instituto Nacional de Ciencia de Materiales de Japón, investigadores de la Universidad de Columbia, así como especialistas de Cornell y la Universidad del Sur de California. Su trabajo conjunto muestra cómo la combinación de física fundamental y enfoque ingenieril conduce a desarrollos prácticos que tienen al futuro como destino.

Aunque la aplicación comercial de los antiferromagnéticos aún está lejos, los físicos están convencidos: lo que antes parecía imposible —el control directo de los espines— ahora es una tarea completamente alcanzable. El siguiente paso es la escalabilidad e integración de las nuevas soluciones en los circuitos existentes.