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Futuro prometedor del grafeno en dispositivos de espintrónica

Actualidad Informática. Futuro prometedor del grafeno en dispositivos de espintrónica. Rafael Barzanallana

Investigadores de la Universidad Tecnológica de Chalmers han descubierto que una superficie grande de grafeno es capaz de preservar el espín electrónico durante un período prolongado, y  comunicarlo a mayores distancias que antes se habían conocido.  Esto ha abierto la puerta para el desarrollo de la espintrónica, con el objetivo de fabricar memorias más rápidas de alta eficiencia energética los procesadores de las ordenadores. Los resultados serán publicados en la revista Nature Communications .

«Creemos que estos resultados atraerán mucha atención en la comunidad de investigación y pondrán el grafeno en el mapa de aplicaciones en componentes de espintrónica«, dice Dash Saroj, que lidera el grupo de investigación de la Universidad Tecnológica Chalmers.

La espintrónica se basa en el estado cuántico de los electrones, y la tecnología ya está siendo utilizad en discos duros avanzados para el almacenamiento de datos y acceso a memoria magnética aleatoria. Pero en estos caso la información basada en el espín sólo necesita moverse unos pocos nanómetros, o millonésimas de milímetro. ¿Qué es una suerte, porque el espín es una propiedad de electrones que en la mayoría de los materiales es muy efímera y frágil.

Sin embargo, existen grandes ventajas en la explotación del espín como un portador de información, en lugar de, o además de las cargas eléctricas. La espintrónica podrían lograr procesadores significativamente más rápidos y con menos consumo de energía que en la actualidad.

El grafeno es un candidato prometedor para ampliar el uso de la espintrónica en la industria electrónica. La película fina de carbono no sólo es un excelente conductor eléctrico, sino también tiene teóricamente la rara habilidad de mantener los electrones con el espín intacto.

«En futuros componentes basados ??en el espín, se espera que los electrones sean capaces de viajar varias decenas de micrómetros con sus espines alineados. Metales, tales como aluminio o cobre, no tienen la capacidad de manejar esto. Grafeno parece ser el único material posible en este momento«, dice Saroj Dash.

Hoy en día, el grafeno se produce comercialmente por unas pocas empresas que utilizan una serie de métodos diferentes, todos los cuales se encuentran en una fase temprana de desarrollo.

En pocas palabras, se podría decir que el grafeno de alta calidad solo se puede obtener en trozos muy pequeños, mientras que las grandes superficies de grafeno se producen de forma que la calidad es demasiado baja o tiene otros inconvenientes desde el punto de vista de la industria electrónica.

Pero esa suposición general está siendo seriamente cuestionada por los resultados presentados por el grupo de investigación de Chalmers. Han llevado a cabo sus experimentos utilizando grafeno CVD, que se produce a través de deposición de vapor químico. El método da al grafeno muchas  arrugas, aspereza y otros defectos.

Pero también tiene ventajas: Hay buenas perspectivas para la producción de grandes superficies de a escala industrial. El grafeno CVD también se puede quitar fácilmente de la lámina de cobre sobre la que crece y se levanta sobre una oblea de silicio, que es el material estándar de la industria de los semiconductores.

Aunque la calidad del material está lejos de ser perfecta, el grupo de investigación muestra los parámetros de espín que son hasta seis veces más altos que los reportados previamente para el grafeno CVD sobre un sustrato similar. «Nuestras mediciones muestran que la señal de espín se conserva en los canales de grafeno que son de hasta 16 micrómetros de largo. La duración durante el cual los espines permanecen alineados se ha medido y es más de un nanosegundo«, dice Chalmers, quien es el primer autor del artículo .

«Esto es prometedor«, ya que sugiere que los parámetros del espín se pueden mejorar aún más a medida que desarrollamos el método de fabricación.

Los investigadores se están centrando en qué medida la corriente de espín se puede comunicar, por ejemplo en un nuevo material o el reemplazo de metales o semiconductores con grafeno. El objetivo, más bien es una forma completamente nueva de realizar operaciones lógicas y almacenamiento de información. Un concepto que, de tener éxito, llevaría la tecnología digital un paso más allá de la actual dependencia de los semiconductores.

«El grafeno es un buen conductor y no tiene huecos de la banda. Pero en espintrónica no hay necesidad de intervalos de banda para cambiar entre encendido y apagado, uno y cero. Esto es controlado por las orientaciones arriba o abajo de los espines de los de electrones«, Saroj Dash explica.

Un objetivo a corto plazo ahora es construir un componente lógico que, no sea muy diferente de un transistor, y se componga de grafeno y materiales magnéticos.

La espintrónica eventualmente pueden reemplazar completamente la tecnología de semiconductores, es una cuestión abierta, aún falta gran cantidad de investigación. Pero el grafeno, con sus excelentes habilidades de conducción  de espín, es altamente probable que cuentan en este contexto.

Fuente:M. Venkata Kamalakar, Christiaan Groenveld, André Dankert, Saroj P. Dash. Long distance spin communication in chemical vapour deposited graphene. Nature Communications, 2015; 6: 6766 DOI: 10.1038/ncomms7766

El grafeno revela su personalidad magnética

Actualidad Informática. Grafeno magnético. Radael Barzanallana¿Puede la materia orgánica comportase como un imán de nevera? Los científicos de la Universidad de Manchester (Reino Unido) han demostrado que es posible.

En un informe publicado en Nature Physics , utilizaron  grafeno, el material más delgado y más fuerte del mundo, y lo hicieron  magnético. El grafeno es una lámina de átomos de carbono dispuestos en una estructura de alambrada de gallinero. En su estado prístino no muestra signos de magnetismo convencional, por lo general asociados con materiales como el hierro o  níquel.

Demostrando sus notables propiedades investigadores de Manchester ganaron el Premio Nobel de Física en 2010.

Esta última investigación dirigida por la Dra. Irina Grigorieva y el profesor Sir Andre Geim (uno de los galardonados con el premio Nobel) podría resultar crucial para el futuro del grafeno en la electrónica.

Los investigadores de Manchester tomaron grafeno magnético y luego  fue ‘salpicado’ con otros átomos no magnéticos, como el flúor o quitaron algunos átomos de carbono de la estructura del grafeno. Los espacios vacíos, llamados huecos (vacantes), y los átomos  añadidos, resultaron pasar a ser magnéticos, exactamente como otros átomos como por ejemplo el hierro.

«Es como menos multiplicado por menos te da más», dice la Dra. Irina Grigorieva. Los investigadores encontraron que, al  comportarse como átomos magnéticos, los defectos deben estar muy lejos el uno del otro y su concentración debe ser baja. Si  se se agregan muchos defectos de grafeno, residen muy cerca y anulan entre sí el magnetismo. En el caso de vacantes, su alta concentración hace que el grafeno se desintegre.

El profesor Geim dijo: «El magnetismo observada es muy pequeño, e incluso la mayoría de las muestras de grafeno magnetizado no se adherirían a un frigorífico. «Sin embargo, es importante llegar a la claridad en lo que es posible para el grafeno y lo que no es. El área del magnetismo en materiales no magnéticos ya ha tenido muchos falsos positivos. »

«El uso más probable de este fenómeno se encuentra en la espintrónica. Los dispositivos de espintrónica se han generalizado, sobre todo los que se pueden encontrar en los discos duro de los ordenadores. Funcionan debido al acoplamiento del magnetismo y la corriente eléctrica.

«La adición de este nuevo grado de funcionalidad puede resultar importante para posibles aplicaciones del grafeno en la electrónica», añade el Dr. Grigorieva.

Fuente: Spin-half paramagnetism in graphene induced by point defects, by R. Nair, M. Sepioni, I-Ling Tsai, O. Lehtinen, J. Keinonen, A. Krasheninnikov, T. Thomson, A. Geim and I. Grigorieva.

Disponible en el Gabinete de Prensa de la universidad.

The University of Manchester

El éxito de la espintrónica podría conducir a un único «chip» para el procesamiento y la memoria

Investigadores de la Universidad Queen Mary de Londres (Reino Unido) y la Universidad de Friburgo (Suiza) han demostrado que una corriente polarizada magnéticamente puede ser manipulada por campos eléctricos.

Publicado esta semana en la revista Nature Materials, este importante descubrimiento abre la posibilidad de la combinación de memoria del ordenador y procesamiento en el mismo chip.

«Esto es especialmente emocionante, ya que este descubrimiento ha sido realizado con semiconductores orgánicos flexibles, que podrían dar lugar a la nueva generación de pantallas para dispositivos móviles, televisores y monitores de computadora, y podrían ofrecer un cambio radical en la eficiencia energética y reducir el peso de estos dispositivos, «dijo el Dr. Alan Drew, de la Escuela Queen Mary de Física, quien dirigió la investigación.

La «espintrónica» – giro de los electrones de transporte – se ha convertido rápidamente en la tecnología de uso universal para los discos duros de ordenador.  Diseñadas en capas delgadas de materiales magnéticos y no magnéticos,  las válvulas de espín Magnetorresistivo Gigante (GMR) utilizan las propiedades magnéticas, o ‘spin’, de los electrones para la detección de datos informáticos almacenados en bits magnéticos. Por el contrario, el tratamiento por ordenador se basa en flujos de electrones con carga eléctrica que fluyen alrededor de un circuito pequeño grabado en un microchip.

El Dr. Drew y su equipo han investigado cómo las capas de fluoruro de litio (LiF) – un material que tiene un campo eléctrico intrínseco – puede modificar el espín de los electrones transportados a través de estas válvulas de espín. Él explica: «Si bien en teoría, dispositivos que combinan la carga del electrón y el espín son conceptualmente sencillos, esta es la primera vez que alguien ha demostrado que es posible controlar de forma proactiva el espín con los campos eléctricos.»

El profesor Christian Bernhard, de la Universidad de Friburgo, Departamento de Física, describe su técnica con éxito: «Usando  la técnica espectroscópica Low Energy Muon Spin Rotation (LE-?SR), nuestros experimentos han visualizado la polarización de espín cerca de interfaces de una válvula de espín . »

Los experimentos se realizaron en el Instituto Paul Scherrer, la única institución en todo el mundo, donde esta técnica está disponible.  El método utiliza las propiedades magnéticas de los muones – partículas subatómicas inestables. «En un experimento los muones se arrojan al material y cuando se descomponen, los productos de desintegración llevar información acerca de los procesos magnéticos en el interior del material», explica el profesor Elvezio Morenzoni de la ISP, donde se ha desarrollado la técnica.  «Lo único acerca de muones de baja energía es que se pueden colocar en una capa específica en un sistema multi-capa. Por lo tanto con este método se puede estudiar el magnetismo en un sola capa por separado.»

Fuente: ScienceDaily

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Enlaces de interés:

–  Actualidad informática: Sistemas almacenamiento

–  Apuntes Periféricos de un ordenador. GAP. UMU. Introducción Informática

–  Apuntes Informática Aplicada al Trabajo Social. UMU. Introducción al Hardware

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Enlaces de no interés:

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