Skyrmion, la Misteriosa Partícula que Podría Revolucionar la Informática

1 noviembre 2017  |  MundoCiencia Oficial
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Una reciente investigación ha descubierto el interesante potencial que posee un peculiar tipo de comportamiento magnético, descubierto hace pocos años, el cual podría convertirse en una revolución en el almacenamiento de datos. El hallazgo podría dejar obsoleta la tradicional “Ley de Moore”, que sostiene que aproximadamente cada dos años se duplica el número de transistores en un microprocesador.

En vez de leer y escribir información de un bit a la vez, como lo hacen los discos magnéticos actuales, el nuevo sistema haría uso de pequeñas perturbaciones magnéticas, llamadas “skyrmions”. Estas partículas “virtuales”, que se producen en una delgada película metálica cubierta por ambos lados con otra película de un metal diferente, pueden ser controladas utilizando campos eléctricos y así almacenar información durante largos períodos de tiempo sin la necesidad de energía adicional.

En 2016, un equipo dirigido por el profesor en ciencia e ingeniería de materiales del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT, por sus siglas en inglés), Geoffrey Beach, documentó la existencia del skyrmion; aunque señaló que ubicarlos en una superficie era algo totalmente fortuito.

No obstante, Beach ha colaborado junto con otros científicos para demostrar empíricamente que dichas partículas pueden ser creadas y además situarlas en lugares específicos. Esto último sería un punto clave para usarlas en un sistema de almacenamiento de datos. Por otro lado, también se debe desarrollar un sistema que sea capaz de procesar esa información de manera eficiente para permitir su comercialización.

¿De dónde provienen?

El nuevo sistema se crea en una región límite entre dos átomos, cuyos polos magnéticos apuntan en direcciones opuestas. Esta área periférica puede ser movida hacia adelante o hacia atrás, según Beach. Lo que él y su equipo descubrieron hace cuatro años, fue que dichas regiones límites podían controlarse al colocar una segunda película de metal pesado, no magnética, cerca de la película imantada. Así, la capa no magnética podría influir en la película imantada. “Los skyrmions serían entonces una suerte de pequeños remolinos magnéticos dentro de estas capas”agregó Beach.

Los científicos descubrieron que los skyrmions nacen a partir de materiales defectuosos. Al introducir un determinado defecto en la capa magnética, estas partículas se fijan en lugares específicos de la superficie. A su vez, dichas superficies alteradas intencionalmente, pueden ser usadas para escribir datos codificados en los skyrmions. Con ello, los especialistas encontraron que los defectos de un material pueden ser aprovechados brillantemente.

Representación de cómo interactúan los skyrmions en las capas A y B. Foto: Wikimedia.org

Representación de cómo interactúan los skyrmions en dos capas A y B. Foto: Wikimedia.org

Pero una de las piezas faltantes para hacer de los skyrmions un medio práctico para el almacenamiento de datos, era descubrir una forma confiable de producirlos cuándo y dónde sean necesarios. Por lo mismo “este descubrimiento es un gran avance”, expresó Beach “en cuanto hemos descubierto una forma extraordinariamente rápida y eficiente de escribir”

Debido a que los skyrmions son básicamente pequeños remolinos magnéticos, resultan altamente estables ante las perturbaciones exteriores en comparación a los polos individuales magnéticos con los que cuentan los sistemas de almacenamiento actuales. Además en una pequeña área magnética de dos átomos de ancho puede guardarse muchísima información.

Esta es una característica sumamente importante, explica Beach, ya que los sistemas magnéticos convencionales están alcanzando los límites establecidos por la constitución física de sus materiales. Con esta nueva alternativa, una vez perfeccionada, no existiría un límite a corto plazo en la cantidad de información que podremos almacenar.

Este novedoso desarrollo informático, podría codificar datos a velocidades muy altas, pudiendo sustituir no sólo a los tradicionales discos duros, sino también a las memorias RAM.

Obstáculos por superar

Todavía falta crear una forma efectiva de leer la información que se encuentra guardada en los skyrmions. Actualmente, es necesario utilizar una espectroscopia de rayos X para acceder al contenido, pero se trata de una opción demasiado compleja y costosa como para implantarse en computadoras personales. Los científicos quieren diseñar mejores formas de acceder a la información, pensado también en una futura implantación masiva.

Skyrmions

Imagen de una espectroscopia de rayos X. Foto: Wikimedia.org

El espectrógrafo de rayos X es “como un microscopio sin lentes”, explicó Felix Buettner, copartícipe del proyecto. La imagen se reconstruye matemáticamente a partir de los datos recopilados en lugar de curvar rayos de luz mediante cristales. “Existen lentes de rayos X aptos ya para esta tarea, pero cuestan entre $40.000 y $50.000 USD cada uno” agregó el experto.

No obstante, una forma alternativa de decodificar los datos, sería emplear una tercera película metálica, adicional a las dos primeras. Al crear una textura diferente en esta nueva capa, sería posible detectar diferencias en la resistencia eléctrica, dependiendo de si existe o no algún skyrmion. “No hay duda de que funcionaría”, comentó Buettner, “sólo nos queda encontrar un mecanismo para lograrlo”.

Fuentes: Mit.edu, Futurism.com, Nature Nanotechnology Journal, Wikipedia.org

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