En un avance significativo en el campo de la espintrónica, un equipo de investigadores de la Universidad de Tohoku, el Instituto Nacional de Ciencia de Materiales (NIMS) y la Agencia de Energía Atómica de Japón (JAEA) ha demostrado los beneficios tecnológicos de los antiferromagnetos en el ámbito de la memoria digital. Este estudio, publicado en la revista Science, revela que los antiferromagnetos, materiales magnéticos sin magnetización neta, superan a los ferromagnetos en operaciones de memoria ultrarrápidas y eficientes energéticamente.
Antiferromagnetos: una alternativa prometedora
A pesar de que las propiedades de los antiferromagnetos han sido objeto de estudio durante años, las evidencias claras de sus ventajas tecnológicas habían sido escasas. Sin embargo, el nuevo trabajo de investigación proporciona pruebas contundentes de que estos materiales pueden ofrecer un rendimiento superior en comparación con los ferromagnetos tradicionales.
El equipo utilizó el antiferromagneto quiral Mn3Sn, cuya disposición de espines forma una estructura no colineal, como medio para escribir información digital. Al fabricar un dispositivo de punto a nanoescala de Mn3Sn, lograron inducir la rotación coherente de su textura antiferromagnética mediante corrientes eléctricas. Esto permitió un control rápido y preciso del ordenamiento de espines.
El sistema alcanzó un cambio eficiente con pulsos de corriente de 0.1 nanosegundos, un tiempo más rápido que cualquier dispositivo ferromagnético, y lo hizo sin necesidad de un campo magnético externo. Sorprendentemente, el dispositivo demostró 1,000 ciclos de conmutación sin errores, un nivel de fiabilidad que no se había conseguido en ferromagnetos.
Yutaro Takeuchi, autor principal del estudio, destacó que «alcanzar 1,000 conmutaciones de 1,000 ensayos con un pulso de corriente de 0.1 nanosegundos en un campo magnético nulo ha sido inalcanzable para los ferromagnetos, pero no para los antiferromagnetos».
Yuta Yamane, quien lideró el modelado teórico, explicó que «la ventaja antiferromagnética proviene de una diferencia cualitativa en sus dinámicas de conmutación». En los ferromagnetos convencionales, la magnetización experimenta un movimiento precesional tridimensional, mientras que la conmutación antiferromagnética se completa a través de una rotación bidimensional de la estructura de espín quiral, algo que no se observa en los ferromagnetos.
Shunsuke Fukami, supervisor del proyecto, enfatizó que «los investigadores habían demostrado en los últimos años que los antiferromagnetos pueden hacer lo que los ferromagnetos pueden hacer. Nuestro trabajo, por primera vez, muestra que los antiferromagnetos pueden hacer lo que los ferromagnetos no pueden».
Estos resultados marcan un paso importante hacia una tecnología de dispositivos semiconductores de próxima generación impulsada por antiferromagnetos. Al desbloquear conmutaciones ultrarrápidas y eficientes en energía sin campos externos, la investigación abre nuevas vías para dispositivos de memoria y lógica basados en espintrónica, avanzando en la búsqueda de electrónica de alto rendimiento y bajo consumo energético.
Más información:
Yutaro Takeuchi et al, Electrical coherent driving of chiral antiferromagnet, Science (2025). DOI: 10.1126/science.ado1611
