Innovación

Estos imanes quieren revolucionar la computación (pero la física cuántica no les deja)

Estos imanes quieren revolucionar la computación (pero la física cuántica no les deja)

Este artículo ahonda en las nuevas posibilidades que aporta la investigación de los campos magnéticos para el mundo de la computación y las dificultades que presenta para su aplicación la física cuántica.

Lejos quedan los disquetes que se utilizaban hace años como dispositivos de almacenamiento de información. Todos disponemos ya de memorias USB no más grandes que nuestro pulgar, capaces de almacenar miles de fotos e incluso películas. El salto ha sido tremendo, cuando no han pasado ni cincuenta años desde la comercialización de esta tecnología.

Si algo caracteriza al ser humano son las ganas de buscar siempre algo más y mejor. Hoy hablamos de guardar información en una nube, un espacio que no es físico sino virtual. Aun así, el formato físico también avanza a pasos agigantados. Los discos duros son claro ejemplo de ello: ya tienen la capacidad de más de un millón de disquetes juntos.

¿Cómo funciona un disco duro?

Al igual que los ordenadores, los discos duros trabajan con el lenguaje binario, el 1 y el 0. Si observáramos su interior con un microscopio muy potente, veríamos que contienen granos de aleaciones metálicas no mayores que unas decenas de nanómetros (1 metro = 1 000 000 000 nanómetros). Estos, junto con otros granos a su alrededor, crean dominios magnéticos independientes. Cada uno de ellos puede almacenar la información de un bit en forma de un 1 o de un 0.

Esto quiere decir que si el momento magnético (la fuerza que ejerce un imán sobre una corriente eléctrica) de un dominio está orientado en un sentido guardará una información determinada (por ejemplo, 1). Si está orientado en el sentido opuesto guardará la otra (en este caso, 0).

Por lo tanto, cuanto menor sea el tamaño del dominio (es decir, menos granos lo compongan), mayor cantidad podrá haber en un mismo espacio, y mayor potencial tendrá el dispositivo.

Cómo los granos se combinan para formar un dominio magnético con una u otra orientación.

La nueva generación de imanes moleculares

Con el afán de construir dominios todavía más diminutos, entraron en juego las moléculas discretas. La posibilidad de almacenar la información de un bit en una única molécula es fascinante, ya que estos no suelen tener un diámetro muy superior a los 10 Å (1 nm). Fue en este contexto donde se diseñó el primer imán molecular (del inglés Single Molecule Magnet, SMM).

A diferencia del resto de moléculas, estos materiales son capaces de guardar información. Al aplicarles un campo magnético, su momento se puede orientar en un sentido u otro. Por tanto, dependiendo de ello, guardará la información de 1 o 0.

La comparación con los materiales convencionales habla por sí sola. En este artículo de Nature se explica que hacen falta un millón de átomos para obtener un bit. En cambio, el mejor imán molecular tan solo requiere unos cien.

La orientación del imán molecular determina el valor 1 o 0.

Sin embargo, hay un problema en todo esto. Para que la información no se pierda, una vez se elimine el campo empleado para orientar el momento magnético, el material debe preservar su orientación. De hecho, es esta característica la que define a los SMMs. La cuestión es que esto solo ocurre a temperaturas extremadamente bajas (-193 °C, en el mejor de los casos). Por lo tanto, en estos momentos su uso no es rentable.

El mundo cuántico

Como sabemos, la física todavía no ha podido establecer una teoría del todo que explique a la vez los fenómenos que ocurren en el mundo microscópico y en el macroscópico. En estos imanes moleculares ocurren fenómenos que nunca podríamos imaginar en nuestro mundo, fenómenos como el túnel cuántico.

Este es el principal responsable de que los materiales operen solo a bajas temperaturas. Cuando el momento magnético está orientado en un sentido, este se queda bloqueado y necesita de energía para poder cambiar de sentido. Sin embargo, el mundo cuántico ofrece atajos que no requieren de energía.

Para poder entenderlo de una manera más sencilla utilicemos el siguiente ejemplo con dos municipios y una montaña:

Mientras que el estar en Fasnia (municipio de Santa Cruz de Tenerife) es el equivalente al 1, estar en Santiago de Tenerife (otro municipio de Santa Cruz de Tenerife) es el equivalente al 0. Si en medio de ambos no estuviese el Teide, apenas se necesitaría de energía para pasar de uno a otro.

Pero en un imán molecular sí existe el Teide.

Como resultado, el momento magnético se bloquea en uno de los dos municipios guardando la información del 1 o del 0 y, debido a la presencia del Teide, no puede pasar al otro, ya que requiere de más energía para cruzar el monte.

El túnel cuántico permite evitar un alto coste energético.

No obstante, tal y como hemos mencionado, el mundo microscópico posee fenómenos cuánticos. El momento magnético es capaz de pasar desde Fasnia a Santiago de Tenerife por medio de un túnel que pasa por debajo del Teide: el túnel cuántico.

Este tipo de fenómenos son los responsables de que no se puedan emplear imanes moleculares en la producción de dispositivos de almacenamiento de información, pero poco a poco vamos conociendo cómo evitar los túneles que perforan los montes.The Conversation

Andoni Zabala Lekuona, Doctorando de Química, Universidad del País Vasco / Euskal Herriko Unibertsitatea y Jose Manuel Seco Botana, Profesor Agregado Química Inorgánica, Universidad del País Vasco / Euskal Herriko Unibertsitatea

Este artículo fue publicado originalmente en The Conversation. Lea el original.

Sobre el autor

The Conversation