Estructuras invisibles prometen revolucionar la memoria RAM

Cualquier usuario de la informática ha pasado alguna vez por el doloroso trance de perder buena parte de su trabajo por un corte inesperado de corriente eléctrica. Este fenómeno se debe a que la memoria operativa, la famosa RAM (siglas en inglés de memoria de acceso aleatoria), se basa en una tecnología que utiliza materiales semiconductores y es, por su propia naturaleza, volátil, es decir, necesita de un suministro continuo de energía para mantener vivos los datos y, si se corta este suministro , éstos desaparecen. Pero las tribulaciones de este tipo están a punto de pasar a la historia. Según Stuart Parkin, del centro de investigación de IBM en Almaden (California), antes de un año estarán en el mercado los primeros ordenadores que incorporarán una memoria RAM magnética (M-RAM), que evitará este problema y reducirá el consumo energético, algo especialmente importante en los ordenadores portátiles, que verán alargada la vida de sus baterías.

"Es como si un avión estuviera volando a su velocidad de crucero, pero no por el cielo, sino a un metro sobre la superficie terrestre", dice Parkin al referirse a la precisión con la que se mueve la cabeza lectora de un disco duro de ordenador actual, colocada a una distancia de 10 nanómetros (millonésimas de milímetro) sobre la superficie. La extraordinariamente alta densidad alcanzada por las partículas que configuran las unidades de almacenamiento magnético exige que esa cabeza lectora sea un prodigio de miniaturización para poder leer separadamente cada bit de información, y se desplace a una enorme velocidad para que la información esté disponible al instante.

Los discos duros

Ello ha sido posible gracias a un hallazgo crucial realizado en 1988 por Albert Fert, investigador del Centro Mixto de Física CNRS/Thales, Universidad Paris-Sud. El fenómeno fue denominado magnetorresistencia gigante (GMR, y apenas habría pasado de ser una curiosidad de laboratorio si Parkin no lo hubiese convertido en un dispositivo adecuado para su aplicación comercial. Desde 1997, los discos duros de los ordenadores llevan este dispositivo en su cabeza lectora, lo que ha permitido que la capacidad de almacenamiento de estos componentes creciera a un ritmo de hasta el 100 % anual durante varios años. Fert y Parkin participaron en la Escuela Internacional sobre Nanoestructuras Magnéticas, organizada por la Universidad Autónoma de Madrid (UAM), en colaboración con la Fundación BBVA, y celebrada recientemente en la localidad de Miraflores de la Sierra (Madrid).

La eterna batalla por conseguir aumentar la capacidad de los elementos informáticos al tiempo que se reduce su tamaño también afecta a las memorias. En un disco duro, esta capacidad se debe a la densidad de partículas magnéticas que se pueden colocar, pero el escollo a superar hace unos años no era colocar partículas cada vez más pequeñas y cada vez más apretadas sino disponer de una cabeza lectora capaz de leer y escribir en semejantes condiciones.

A finales de los años ochenta, la capacidad de estas memorias aumentaba a un ritmo algo menor que otros componentes del ordenador, en torno a un 25% anual, pero entonces se produjo el hallazgo crucial del efecto GMR. Albert Fert comprobó que alternando finísimas capas, de apenas tres o cuatro átomos, de materiales metálicos, como hierro y cobre, se podía modificar a voluntad el espín de los electrones sobre las capas de hierro. En condiciones normales, la disposición de los electrones variaba de una capa a otra, de manera que el conjunto no permitía el paso de una corriente eléctrica, pero aplicando un campo magnético, giraban hasta colocarse todos los espines en paralelo, con lo que la corriente atravesaba el dispositivo. "Fue la primera vez que se aprovechó la influencia del espín de los electrones, su movilidad", explica Fert.

"El fenómeno funcionaba en ciertas condiciones, a temperatura muy baja y con campos magnéticos grandes. Nosotros pensamos que para conseguir aplicaciones útiles había que hacerlo más sencillo y barato, probando con diferentes materiales. En 1995 conseguimos una estructura con capas de cobalto, cobre, cobalto, rutenio y una aleación de níquel y hierro, que era capaz de detectar campos muy pequeños y que forma la cabeza lectora del disco duro de los ordenadores desde 1997" dice Parkin. Eeste descubrimiento fue calificado por el Instituto Nacional de Nanotecnología de Estados Unidos como la primera aplicación real de la nanotecnología.

Tras este logro, Parkin empezó a trabajar en el desarrollo de memorias RAM magnéticas, pero no era posible aplicar el mismo método utilizado en los discos duros, porque la memoria RAM necesita mucha mayor velocidad. "El tiempo de acceso al disco duro es muy lento, del orden de 1 milisegundo, mientras que el ordenador necesita un acceso mucho más rápido, del orden de un nanosegundo", dice Fert.

Según el investigador de IBM, "actualmente se utilizan las llamadas Dynamic RAM (D-RAM) y Static RAM (S-RAM). La primera es barata porque es muy simple, un condensador y un transistor, pero muy lenta, mientras que la segunda es más rápida pero ocupa mucho más espacio, y las dos son volátiles. Para que la información se mantenga tiene que ir pasando de unos elementos a otros, refrescándose cada cinco milisegundos. La M-RAM combina todas estas características, es pequeña, rápida, barata y fija los datos". Aunque reconoce que todavía quedan pequeños problemas por resolver, Parkin asegura, y Fert lo corrobora, que estará en el mercado antes de un año.