Magnetizar átomos parece ser el futuro de la nanotecnología para los dispositivos de almacenamiento de datos.
Un equipo internacional de investigadores liderados por químicos de ETH Zurich ha desarrollado un método para depositar átomos magnetizables en una superficie. Esto es especialmente interesante para el desarrollo de nuevos dispositivos de almacenamiento de datos en miniatura.
La idea es interesantísima: si solo se necesitaba un único átomo o una pequeña molécula para una sola unidad de datos (un cero o un uno, en el caso de la tecnología digital binaria), volúmenes masivos de datos podrían ser almacenados en el menor de espacio posible. Esto es teóricamente posible, porque ciertos átomos pueden ser magnetizados en solo una de dos posibles direcciones: «spin up» o «spin down». La información podría entonces ser almacenada y leída por la secuencia de las direcciones de magnetización de las moléculas.
Sin embargo, todavía hay que superar varios obstáculos antes de que el almacenamiento de datos de un imán de molécula se convierta en una realidad. Encontrar moléculas que puedan almacenar la información magnética de forma permanente y no solo fugazmente es un reto, y es aún más difícil organizar estas moléculas en una superficie sólida para construir unidades de almacenamiento de datos. Para abordar este último problema, un equipo internacional de investigadores liderados por químicos de ETH Zurich ha desarrollado un nuevo método que ofrece numerosas ventajas sobre otros enfoques.
Fusión de átomos en la superficie
Christophe Copéret, profesor del Laboratorio de Química Inorgánica de la ETH Zurich, y su equipo desarrollaron una molécula con un átomo de disprosio en su centro (el disprosio es un metal perteneciente a los elementos de las tierras raras). Este átomo está rodeado por un andamiaje molecular que sirve como vehículo. Los científicos también desarrollaron un método para depositar estas moléculas en la superficie de las nanopartículas de sílice y fusionarlas por recocido a 400 grados Celsius. La estructura molecular utilizada como vehículo se desintegra en el proceso, produciendo nanopartículas con átomos de disprosio bien repartidos en su superficie. Los científicos demostraron que estos átomos pueden ser magnetizados y mantener su información magnética.
El proceso de magnetización actualmente solo funciona a unos 270 grados Celsius (cerca del cero absoluto), y la magnetización puede mantenerse durante un minuto y medio. Por lo tanto, los científicos están buscando métodos que permitan estabilizar la magnetización a altas temperaturas y durante períodos de tiempo más prolongados. También están buscando formas de fusionar los átomos a una superficie plana en lugar de a las nanopartículas.
En contraste con las estrategias tradicionales de heterogeneización de SMM en las que las propiedades magnéticas del precursor molecular son transferidas a la superficie, las propiedades de memoria magnética de Dy @ SiO2 aparecen solo después de la inserción y descomposición térmica según nuestro enfoque. Este comportamiento proviene muy probablemente de la formación de especies superficiales altamente restringidas y geometrías que no podrían ser obtenidas con materiales moleculares, ilustrando así el potencial del enfoque precursor termolítico. Además, la termólisis produce un entorno no centrosimétrico en Dy @ SiO2, con Dy (III) bajo coordinado expuesto a la superficie del material como se muestra por un experimento con una sonda EXAFS y 1,10-fenantrolina.
La estrategia utilizada aquí permitió la simple generación de iones Dy (III) completamente inorgánicos aislados sobre una matriz de sílice, que es térmicamente estable hasta al menos 400 ° C y se comporta como SMM aislados a temperaturas 4He líquidas. La remanencia magnética de los sitios Dy en Dy @ SiO2 depende únicamente del aislamiento del sitio sobre sílice y no se encuentra en las entidades moleculares correspondientes, probablemente como resultado del entorno de coordinación inusual de los sitios en la superficie y la ausencia del ligado orgánico auxiliar. El enfoque sintético desarrollado aquí es fácilmente susceptible a la producción a gran escala y es transferible a cualquier tipo de superficies de óxido incluyendo capas de óxidos ferromagnéticos o capas de óxido en obleas. De este modo, abren nuevas vías para generar y manipular nanomagnetos de lantánidos para el almacenamiento de datos a nanoescala y procesamiento de información cuántica.
Preparación simple
Una de las ventajas del nuevo método es su simplicidad. «Las nanopartículas unidas al disprosio se pueden fabricar en cualquier laboratorio químico, no se requiere una sala aséptica ni equipos complejos«, dice Florian Allouche, estudiante de doctorado en el grupo de Copéret. Además, las nanopartículas magnetizables pueden almacenarse a temperatura ambiente y reutilizarse.
Otros métodos de preparación incluyen la deposición directa de átomos individuales sobre una superficie, pero los materiales obtenidos son solamente estables a temperaturas muy bajas principalmente debido a la aglomeración de estos átomos individuales. Alternativamente, las moléculas con propiedades magnéticas ideales pueden depositarse sobre una superficie, pero esta inmovilización a menudo afecta negativamente a la estructura ya las propiedades magnéticas del objeto final.
