La propiedad que hace vibrar las luces fluorescentes podría impulsar una nueva generación de dispositivos informáticos más eficientes que almacenan datos con campos magnéticos, en lugar de electricidad.
Un equipo dirigido por investigadores de la Universidad de Michigan ha desarrollado un material que es al menos dos veces más "magnetoestrictivo" y mucho menos costoso que otros materiales de su clase. Además de la informática, también podría conducir a mejores sensores magnéticos para dispositivos médicos y de seguridad.
La magnetostricción, que provoca el zumbido de las luces fluorescentes y los transformadores eléctricos, se produce cuando la forma de un material y el campo magnético están vinculados, es decir, un cambio de forma provoca un cambio en el campo magnético. La propiedad podría ser clave para una nueva generación de dispositivos informáticos llamados magnetoeléctricos.
Los chips magnetoeléctricos podrían hacer que todo, desde centros de datos masivos hasta teléfonos móviles, sea mucho más eficiente desde el punto de vista energético, reduciendo drásticamente los requisitos de electricidad de la infraestructura informática del mundo.
Hecho de una combinación de hierro y galio, el material se detalla en un artículo publicado el 12 de mayo en Nature Communication. El equipo está dirigido por el profesor de ingeniería y ciencia de materiales de la U-M, John Heron, e incluye investigadores de Intel; Universidad de Cornell; Universidad de California, Berkeley; Universidad de Wisconsin; Universidad de Purdue y en otros lugares.
Los dispositivos magnetoeléctricos utilizan campos magnéticos en lugar de electricidad para almacenar los unos y ceros digitales de los datos binarios. Pequeños pulsos de electricidad hacen que se expandan o contraigan ligeramente, cambiando su campo magnético de positivo a negativo o viceversa. Debido a que no requieren un flujo constante de electricidad, como lo hacen los chips de hoy, utilizan una fracción de la energía.

"Una clave para hacer que los dispositivos magnetoeléctricos funcionen es encontrar materiales cuyas propiedades eléctricas y magnéticas estén vinculadas". Dijo Heron. "Y más magnetoestricción significa que un chip puede hacer el mismo trabajo con menos energía".
Dispositivos magnetoeléctricos más baratos con una mejora diez veces mayor
La mayoría de los materiales magnetoestrictivos actuales utilizan elementos de tierras raras, que son demasiado escasos y costosos para ser utilizados en las cantidades necesarias para los dispositivos informáticos. Pero el equipo de Heron ha encontrado una manera de conseguir altos niveles de magnetoestricción a partir de hierro y galio económicos.
Normalmente, explica Heron, la magnetostricción de la aleación de hierro y galio aumenta a medida que se agrega más galio. Pero esos aumentos se estabilizan y eventualmente comienzan a caer a medida que las cantidades más altas de galio comienzan a formar una estructura atómica ordenada.
Entonces, el equipo de investigación utilizó un proceso llamado epitaxia de haz molecular a baja temperatura para congelar esencialmente los átomos en su lugar, evitando que formen una estructura ordenada a medida que se agrega más galio. De esta manera, Heron y su equipo pudieron duplicar la cantidad de galio en el material, obteniendo un aumento de diez veces en la magnetostricción en comparación con las aleaciones de hierro-galio sin modificar.

"La epitaxia de haz molecular a baja temperatura es una técnica extremadamente útil, es un poco como pintar con aerosol con átomos individuales", dijo Heron. "Y 'pintar con aerosol' el material sobre una superficie que se deforma ligeramente cuando se aplica un voltaje también facilitó la prueba de sus propiedades magnetoestrictivas".
Los investigadores están trabajando con el programa MESO de Intel
Los dispositivos magnetoeléctricos fabricados en el estudio tienen un tamaño de varios micrones, grandes según los estándares informáticos. Pero los investigadores están trabajando con Intel para encontrar formas de reducirlos a un tamaño más útil que sea compatible con el programa de dispositivos magnetoeléctricos de órbita giratoria (o MESO), uno de cuyos objetivos es impulsar los dispositivos magnetoeléctricos a la corriente principal.
"Intel es excelente para escalar cosas y en los aspectos prácticos de hacer que una tecnología realmente funcione a la escala súper pequeña de un chip de computadora", dijo Heron. "Están muy interesados ​​en este proyecto y nos reunimos con ellos con regularidad para obtener comentarios e ideas sobre cómo mejorar esta tecnología para que sea útil en los chips de computadora que ellos llaman MESO".
Si bien es probable que falten décadas para un dispositivo que usa el material, el laboratorio de Heron ha solicitado protección de patente a través de la Oficina de Transferencia de Tecnología de la U-M.
El artículo se titula "Diseñar nuevos límites a la magnetostricción mediante la metaestabilidad en aleaciones de hierro-galio". La investigación cuenta con el apoyo de IMRA America y la National Science Foundation (números de subvención NNCI-1542081, EEC-1160504 DMR-1719875 y DMR-1539918).
Otros investigadores del artículo incluyen al profesor asociado de ciencia e ingeniería de materiales de la U-M Emmanouil Kioupakis; El profesor asistente de ciencia e ingeniería de materiales de la U-M, Robert Hovden; y los asistentes de investigación de estudiantes graduados de la UM Peter Meisenheimer y Suk Hyun Sung.

By Sebastian Jimenez

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