Nanoimanes impresos en 3D para un almacenamiento magnético similar al ADN

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Nanoimanes 3D - Cavendish Laboratory - University of Cambridge

Científicos de la Universidad de Cambridge han desarrollado una técnica para fabricar nanoimanes dispuestos en tres dimensiones, con una forma de doble hélice magnética que imita al ADN. Este es un primer paso fundamental para crear en el futuro sistemas de almacenamiento magnético tridimensional a escala nanométrica que podrían proporcionar una densidad nunca vista en la industria.

Las tecnologías basadas en el magnetismo se enfrentan a claros límites en su desarrollo a causa de que hasta ahora solo se han podido fabricar en dos dimensiones, mientras que otras tecnologías ya han dado el salto a las tres dimensiones. En el campo del almacenamiento de datos están memorias como 3D NAND y 3D XPoint, entre otras, pero en la industria HDD el progreso va en otras direcciones, como la mejora de las tecnologías de grabación para registrar datos en puntos más pequeños, aumentando la densidad de área con más pistas dispuestas en dos dimensiones, o solapadas.

Aunque los científicos también están explorando las posibilidades que podría ofrecer la construcción de dispositivos magnéticos tridimensionales, y ahora un equipo de investigadores de la Universidad de Cambridge, en colaboración con otras universidades y laboratorios de Reino Unido, Alemania, España y Suiza, han realizado un gran avance. En el artículo que han publicado en la revista Nature Nanotechnology describen que han podido estudiar a fondo el comportamiento magnético de estructuras de nanoimanes dispuestos en forma de doble hélice, similares al ADN, cuyo tamaño puede ser 1.000 veces más pequeño que un cabello humano. Y han identificado cómo actúan las corrientes y los campos magnéticos en este tipo de estructuras, con resultados muy prometedores.

En palabras de una de sus autoras, Claire Donnelly, del Laboratorio Cavendish de la Universidad de Cambridge, “si podemos controlar esas fuerzas magnéticas en la nanoescala, estaremos más cerca de alcanzar el mismo grado de control que tenemos en dos dimensiones. Esto podría ofrecer nuevas posibilidades para la captura de partículas, técnicas de imagen y materiales inteligentes”.

Uno de los campos en los que este descubrimiento puede tener más repercusión es en la computación y el almacenamiento de datos, donde daría lugar a nuevas tecnologías magnéticas con unas dimensiones mucho más pequeñas a las actuales y con una densidad de datos muy superior. La industria tiene un gran interés en pasar a las tres dimensiones, lo que permitiría utilizar arquitecturas basadas en nanocables 3D para incrementar la densidad de datos y aumentar las funcionalidades gracias a las nuevas propiedades magnéticas que aportaría esta tecnología.

Donnelly dice que “ha habido mucho trabajo en torno a una tecnología aún por establecer llamada racetrack memory, propuesta por primera vez por Stuart Parkin. La idea es almacenar datos digitales en las paredes del dominio magnético de los nanocables para producir dispositivos de almacenamiento de información con alta confiabilidad, rendimiento y capacidad”. Pero añade que “hasta ahora, esta idea siempre ha sido muy difícil de realizar, porque necesitamos ser capaces de hacer sistemas magnéticos tridimensionales y también necesitamos entender el efecto de ir a las tres dimensiones, tanto en la magnetización como en el campo magnético”.

Explica que su investigación se ha centrado en desarrollar nuevos métodos para visualizar las estructuras magnéticas tridimensionales, algo que permitiría realizar grandes avances en muchos campos tecnológicos. Con estos objetivos en mente, este equipo de investigadores ha desarrollado una tecnología de impresión 3D para materiales magnéticos, que les ha permitido fabricar las estructuras magnéticas helicoidales para su estudio.

Y han identificado diferentes fuerzas magnéticas entre los nanoimanes que forman estas estructuras, y que tienen similitudes con los pares de bases de ADN, con enlaces fuertes y regulares entre los imanes, y con un fuerte acoplamiento entre las hélices vecinas. Donnely dice que “no solo descubrimos que la estructura 3D conduce a interesantes nanotexturas topológicas en la magnetización, donde estamos relativamente acostumbrados a ver tales texturas, sino también en el campo magnético disperso, que reveló nuevas y emocionantes configuraciones de campo a nanoescala”.

Esto les ha permitido saber que es posible el modelado de estos campos magnéticos a escala nanométrica, logrando en el futuro alcanzar la precisión que actualmente se logra en las tecnologías de magnetismo en dos dimensiones. Amalio Fernandez-Pacheco, actualmente investigador del Instituto de Nanociencia y Materiales de Aragón, que ha participado en este trabajo, explica que “las texturas en la doble hélice similar al ADN forman fuertes enlaces entre las hélices, deformando su forma como resultado”. Y añade que “lo más emocionante es que alrededor de estos enlaces se forman remolinos en el campo magnético”, es decir, texturas topológicas que pueden tener muchas utilidades.

En conclusión, dice que “las perspectivas de este trabajo son múltiples: estas texturas fuertemente adheridas en las hélices magnéticas prometen un movimiento muy robusto y podrían ser un portador potencial de información”. Y considera aún más emocionante que “este nuevo potencial para modelar el campo magnético a nanoescala podría ofrecer nuevas posibilidades para el atrapamiento de partículas, técnicas de imágenes y materiales inteligentes”.

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