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Un nuevo avance permitiría construir memoria no volátil basada en el grafeno

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chip procesador

Científicos pertenecientes a la iniciativa europea Graphene Flagship han descubierto una forma de aplicar la tecnología de espintrónica en heteroestructuras compuestas por grafeno y aislantes topológicos. Este avance permitiría emplear este material para fabricar un nuevo tipo de chips de almacenamiento y procesamiento de datos, más pequeños, potentes y con mayor eficiencia energética.

La electrónica convencional se basa en la manipulación de las corrientes eléctricas en función de la carga de los electrones, para lo que se manejan dos variables: positivo y negativo. La espintrónica, en cambio, permite aprovechar otra propiedad inherente a estas partículas: el espín, que representa el propio giro de los electrones. Esta tecnología se puede emplear para dirigir electrones hacia superficies muy pequeñas, permitiendo del flujo en una o dos direcciones, y ya se usa en los cabezales de lectura de discos duros. Pero desde su invención los científicos han buscado la forma de aplicarla a la microelectrónica, investigando como usarla para crear nuevos chips de memoria no volátil  y procesadores. 

Recientemente, científicos de varias universidades que participan en la iniciativa Graphene Flagship, entre ellos varios españoles, han descubierto que se puede aplicar la espintrónica sobre estructuras heterogéneas fabricadas con grafeno y capas de aislantes topológicos. La especial morfología de este compuesto de carbono permite la fabricación de estructuras ultradelgadas, incluso de grosores de un átomo, con propiedades que se pueden utilizar para la construcción de componentes electrónicos de gran resistencia y eficiencia energética. Por su parte, los aislantes topológicos generan fuertes corrientes de spin, y se pueden fabricar en escalas similares a las del grafeno, facilitando la combinación de ambos elementos. 

Por ahora, los diferentes laboratorios que experimentan con el grafeno han hallado numerosas posibles aplicaciones para este material. Con este descubrimiento, los investigadores del Graphene Flagship se acercan más que nadie a la materialización de una nueva generación de chips de memoria, potencialmente más pequeños y eficientes que los actuales, basados en el silicio. En este trabajo han colaborado investigadores de Avançats (España), de la Universidad de Tecnología de Chalmers (Suecia), del Instituto Catalán de Nanociencia y Nanotecnología - ICN2, de la Universitat Autònoma de Barcelona  y de ICREA (Institució Catalana de Recerca i Estudis Avançats).

Según dijo el profesor asociado Saroj Prasad Dash, de la Universidad de Tecnología de Chalmers: “La ventaja de usar heteroestructuras construidas a partir de estos dos materiales es que, el grafeno, en proximidad con los aisladores topológicos, aún soporta el transporte de espín y, al mismo tiempo, adquiere un fuerte acoplamiento de órbita de espín”. Por su parte, Stephan Roche, profesor de ICN2 y líder adjunto del trabajo de espintrónica de Graphene Flagship, dijo que: “no solo queremos transportar giros, queremos manipularlos. El uso de aisladores topológicos es una nueva dimensión para la espintrónica. Tienen una estado de superficie similar al grafeno y se pueden combinar para crear nuevos estados híbridos y nuevas características de giro. Al combinar el grafeno de esta manera, podemos utilizar la densidad ajustable de estados para encender / apagar, para realizar o no la rotación. Esto abre el campo a dispositivos de giro activo”. Añadió que: “Este documento combina el experimento y la teoría, y esta colaboración es una de las fortalezas del grupo de trabajo de espintrónica dentro de Graphen Flagship ”.

Sobre el impacto que este descubrimiento puede tener en la industria, la profesora Andrea C. Ferrari, Oficial de Ciencia y Tecnología de Graphene Flagship, y Presidenta de su Panel de Administración, afirmó que: “este documento nos acerca a la construcción de dispositivos espintrónicos útiles. La hoja de ruta de la innovación y la tecnología de Graphene Flagship reconoce el potencial del grafeno y los materiales relacionados en esta área. Una vez más, este trabajo coloca a Flagship a la vanguardia de este campo, iniciado con contribuciones pioneras de investigadores europeos”.

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