Semiconductora y magnética, la memoria deseada

Aunque la mayoría de los usuarios no lo sepa, los ordenadores personales actuales tienen que efectuar continuamente un complicado baile de intercambio de información entre los dispositivos semiconductores y los dispositivos magnéticos que la almacenan -la memoria RAM y el disco duro, por decirlo de otra manera-. Lo mismo sucede en otros aparatos electrónicos e informáticos, que se basan en una o en ambas de estas dos tecnologías, hasta ahora separadas. Es una situación que no agrada a los científicos e ingenieros, que buscan aunar las capacidades de ambas para conseguir, sobre todo, una mayor rapidez en el proceso de información.

La mejor solución se presenta en teoría muy sencilla; se trata simplemente de encontrar un material semiconductor que sea también magnético. De esta forma la velocidad a la que funcionan los volátiles y consumistas transistores se podría combinar con la permanencia y el nulo consumo de la imanación. En la práctica, el tema resulta complicado como han constatado científicos españoles que han desentrañado el origen del magnetismo en un prometedor material y lo han publicado en Physical Review Letters.

Científicos españoles hallan el origen del magnetismo del óxido de cinc con manganeso

A falta de una solución ideal, actualmente son muchos los laboratorios de investigación que trabajan en una solución mixta: memorias RAM magnéticas (denominadas MRAM), en las que se combinan elementos ferromagnéticos de memoria y dispositivos electrónicos (uniones túnel) que consiguen aunar ambas ventajas. El disco duro pasaría así a la historia, y es probable que las memorias MRAM lleguen masivamente al mercado el próximo año.

Sin embargo, sigue la búsqueda de materiales que sean al mismo tiempo semiconductores y magnéticos. "La idea básica consiste en producir un semiconductor en el que algunos de sus átomos fueran magnéticos y pudieran estar imanados a derecha o a izquierda", explica Antonio Hernando, del Instituto de Magnetismo Aplicado y la Universidad Complutense de Madrid, uno de los autores del trabajo. Se trata de que los electrones llamados portadores, que se comportan como imanes permanentes, podrían polarizarse a derecha o a izquierda bajo la influencia de átomos próximos. De este modo la información no se obtendría de la carga eléctrica de los electrones (conduce o no conduce, lo que se traduce en unos y ceros respectivamente en la información), sino que entraría en juego la orientación del espín o momento magnético de cada electrón.

En 1998, recuerda Hernando, el científico japonés Hideo Ohno propuso la introducción de una pequeña cantidad de átomos magnéticos (del orden del 5%) en un semiconductor para así conseguir un material ferromagnético. El único semiconductor magnético que hoy en día se conoce con certeza es el formado por arseniuro de galio dopado con impurezas magnéticas consistentes en átomos de manganeso. Sin embargo este material deja de ser magnético a temperaturas superiores a 200 grados bajo cero. "Para que un semiconductor magnético pudiera ser útil para constituir una memoria apropiada debería mantener sus propiedades magnéticas hasta temperaturas superiores a la ambiente", explica este físico. En el año 2000 el polaco Tomasz Diëtl predijo, mediante un cálculo teórico, que el semiconductor óxido de cinc, dopado con manganeso, tendría magnetismo hasta temperaturas superiores a la ambiente. En 2003 un equipo liderado por el indio Parmanand Sharma constató el carácter magnético del óxido de cinc dopado con manganeso por encima de la temperatura ambiente, lo que produjo un gran impacto en la comunidad científica que trabaja en este problema. En 2004, otro equipo, liderado por Darshan C. Kundaliya, puso de manifiesto que el origen del ferromagnetismo observado por Sharma estaba ligado a la formación de una fase metaestable en el proceso de difusión del cinc en el manganeso.

Un estudio experimental minucioso llevado a cabo recientemente en Madrid ha permitido conocer en detalle el origen del magnetismo del óxido de cinc dopado con manganeso. Es precisamente en la interfase que separa el óxido de cinc y el óxido de manganeso donde coexisten dos tipos de iones de manganeso con distinta valencia lo que da lugar a un efecto de "doble canje" que origina el magnetismo. Los autores del trabajo pertenecen a los grupos dirigidos por Antonio Hernando, José González Calbet y Miguel Angel García del Instituto de Magnetismo Aplicado de la Universidad Complutense (CSIC, Renfe), Fernando Briones y José Luis Costa Kramers del Centro Nacional de Microelectrónica (CSIC) y José Francisco Fernández del Instituto de Cerámica y Vidrio con la colaboración del Instituto de Catálisis, ambos del CSIC.