Los investigadores han diseñado un material que podría conducir a una nueva generación de dispositivos informáticos, que incorporan más potencia informática y consumen una fracción de la energía que requiere la electrónica actual.
Conocido como un material multiferroico magnetoeléctrico, combina propiedades eléctricas y magnéticas a temperatura ambiente y se basa en un fenómeno llamado "arrugamiento plano".
El nuevo material junta capas individuales de átomos, produciendo una película delgada con polaridad magnética que puede cambiarse de positivo a negativo o viceversa con pequeños pulsos de electricidad. En el futuro, los fabricantes de dispositivos podrían usar esta propiedad para almacenar digital0 y 1, la columna vertebral binaria que sustenta los dispositivos informáticos.
"Antes de este trabajo, solo había otro multiferroico a temperatura ambiente cuyas propiedades magnéticas podían ser controladas por electricidad", dijo John Heron, profesor asistente en el Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales de la Universidad de Michigan, quien trabajó en elmaterial con investigadores de la Universidad de Cornell. "Ese control eléctrico es lo que entusiasma a los fabricantes de productos electrónicos, por lo que este es un gran paso adelante".
Los multiferroics a temperatura ambiente son un objetivo muy perseguido en el campo de la electrónica porque requieren mucha menos energía para leer y escribir datos que los dispositivos basados en semiconductores actuales. Además, sus datos no desaparecen cuando se apaga la energía.Las propiedades podrían habilitar dispositivos que requieren solo breves pulsos de electricidad en lugar del flujo constante que se necesita para la electrónica actual, utilizando aproximadamente 100 veces menos energía.
"Los productos electrónicos son el consumidor de energía de más rápido crecimiento en todo el mundo", dijo Ramamoorthy Ramesh, director de laboratorio asociado de tecnologías energéticas en el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley. "Hoy, alrededor del 5 por ciento de nuestro consumo total de energía global se gasta en productos electrónicos, y eso esse proyecta que crecerá a un 40-50 por ciento para 2030 si continuamos al ritmo actual y si no hay grandes avances en el campo que conduzcan a un menor consumo de energía ".
Para crear el nuevo material, los investigadores comenzaron con películas delgadas y atómicamente precisas de óxido de hierro de lutecio hexagonal LuFeO3, un material que se sabe que es un ferroeléctrico robusto, pero no fuertemente magnético. El óxido de hierro de lutecio consiste en monocapas alternas de óxido de lutecioy óxido de hierro. Luego utilizaron una técnica llamada epitaxia de haz molecular para agregar una monocapa adicional de óxido de hierro a cada 10 repeticiones atómicas del patrón de una sola capa.
"Básicamente estábamos pintando con aerosol átomos individuales de hierro, lutecio y oxígeno para lograr una nueva estructura atómica que exhiba propiedades magnéticas más fuertes", dijo Darrell Schlom, profesor de ciencia e ingeniería de materiales en Cornell y autor principal de un estudio sobre el trabajopublicado recientemente en Naturaleza .
El resultado fue un nuevo material que combina un fenómeno en el óxido de lutecio llamado "arrugamiento plano" con las propiedades magnéticas del óxido de hierro para lograr propiedades multiferroicas a temperatura ambiente.
Heron explica que el lutecio exhibe desplazamientos a nivel atómico llamados arrugas. Visibles bajo un microscopio electrónico, las arrugas mejoran el magnetismo en el material, lo que le permite persistir a temperatura ambiente. Las arrugas se pueden mover aplicando un campo eléctrico yson suficientes para empujar el campo magnético en la capa vecina de óxido de hierro de positivo a negativo o viceversa, creando un material cuyas propiedades magnéticas se pueden controlar con electricidad: un "multiferroico magnetoeléctrico".
Si bien Heron cree que es probable que falten varios años para un dispositivo multiferroico viable, el trabajo acerca el campo a su objetivo de dispositivos que continúen con las mejoras de velocidad de la industria de la computación mientras consumen menos energía. Esto es esencial para que la industria de la electrónica continúe avanzando.según la ley de Moore, que predice que la potencia de los circuitos integrados se duplicará cada año. Esto ha demostrado ser cierto desde la década de 1960, pero los expertos predicen que la tecnología actual basada en silicio puede estar acercándose a sus límites.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Michigan . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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