Descubren un sorprendente efecto cuántico en material de discos duros

Científicos encuentran una forma sorprendente de afectar las propiedades de almacenamiento de información en aleación de metal.

A veces se pueden encontrar descubrimientos científicos a lo largo de caminos trillados.

Ese fue el caso de un material de aleación de hierro y cobalto que se encuentra comúnmente en las unidades de disco duro.

Como se informó en una edición reciente de Physical Review Letters, investigadores del Laboratorio Nacional Argonne del Departamento de Energía de los Estados Unidos (DOE), junto con la Universidad de Oakland en Michigan y la Universidad de Fudan en China, han encontrado un efecto cuántico sorprendente en esta aleación.

El efecto implica la capacidad de controlar la dirección de giro de los electrones, y podría permitir a los científicos desarrollar materiales más potentes y eficientes energéticamente para el almacenamiento de información.

Al cambiar la dirección del espín del electrón en un material, los investigadores pudieron alterar su estado magnético.

Este mayor control de la magnetización permite almacenar más información y recuperarla en un espacio más pequeño.

Un mayor control también podría proporcionar aplicaciones adicionales, como motores eléctricos, generadores y cojinetes magnéticos más eficientes energéticamente.

El efecto que los investigadores descubrieron tiene que ver con la “amortiguación”, en la cual la dirección de giro de los electrones controla cómo el material disipa la energía.

“Cuando conduces tu auto por una carretera plana sin viento, la energía disipadora del arrastre es la misma, independientemente de la dirección en que viajas”, dijo la científica del material de Argonne, Olle Heinonen, autora del estudio.

“Con el efecto que descubrimos, es como si tu automóvil experimentara más resistencia si viajas de norte a sur que si viajas de este a oeste”.

“En términos técnicos, descubrimos un efecto considerable de la amortiguación magnética en capas a nanoescala de aleación de hierro y cobalto revestida en un lado de un sustrato de óxido de magnesio”, agregó el científico de materiales de Argonne Axel Hoffmann, otro autor del estudio.

“Al controlar el espín del electrón, la amortiguación magnética determina la velocidad de disipación de la energía, controlando aspectos de la magnetización”.

El descubrimiento del equipo resultó especialmente sorprendente porque la aleación de hierro y cobalto se había usado ampliamente en aplicaciones como los discos duros magnéticos durante muchas décadas y sus propiedades se han investigado a fondo.

Era una creencia convencional que este material no tenía una dirección preferida para el giro de los electrones y, por lo tanto, la magnetización.

Sin embargo, en el pasado, los científicos prepararon la aleación para usarla “horneando” a alta temperatura, lo que ordena la disposición de los átomos de cobalto y hierro en una red regular, eliminando el efecto direccional.

El equipo observó el efecto al examinar aleaciones de hierro de cobalto sin cocer, en las que los átomos de hierro y cobalto pueden ocupar al azar los sitios de cada uno.

El equipo también fue capaz de explicar la física subyacente.

En una estructura de cristal, los átomos normalmente se sientan a intervalos perfectamente regulares en una disposición simétrica.

En la estructura cristalina de ciertas aleaciones, existen ligeras diferencias en la separación entre los átomos que se pueden eliminar mediante el proceso de cocción; estas diferencias permanecen en un material “sin hornear”.

La compresión de dicho material a nivel atómico modifica aún más la separación de los átomos, lo que da lugar a diferentes interacciones entre espines atómicos en el entorno cristalino.

Esta diferencia explica cómo el efecto de amortiguación en la magnetización es grande en algunas direcciones y pequeño en otras.

El resultado es que las distorsiones muy pequeñas en la disposición atómica dentro de la estructura cristalina de la aleación de hierro y cobalto tienen implicaciones gigantescas para el efecto de amortiguación.

El equipo realizó cálculos en la Instalación de computación de liderazgo de Argonne, una Oficina de usuarios de la Oficina de Ciencia del DOE, que confirmó sus observaciones experimentales.

Fuente: Noticias de la Ciencia