Un nuevo tipo de magnetismo podría revolucionar la memoria en inteligencia artificial

Un equipo de investigación internacional, compuesto por científicos del Instituto Nacional de Ciencia de Materiales, Universidad de Tokio, Instituto de Tecnología de Kioto y Universidad de Tohoku, demostró que las películas delgadas de dióxido de rutenio (RuO₂) exhiben altermagnetismo. Este fenómeno define lo que los científicos ahora reconocen como una tercera categoría fundamental de materiales magnéticos. Los altermagnets están ganando interés creciente debido a su potencial para superar limitaciones clave de las tecnologías de memoria magnética actuales, permitiendo un almacenamiento de datos más rápido y compacto.

Los investigadores también encontraron que el rendimiento de las películas delgadas de RuO₂ puede mejorarse al controlar cuidadosamente la orientación de su estructura cristalina durante la fabricación. Sus hallazgos fueron publicados en Nature Communications.

La búsqueda de nuevos materiales magnéticos

El dióxido de rutenio (RuO₂) ha sido considerado durante mucho tiempo un candidato prometedor para el altermagnetismo, una forma de magnetismo recientemente propuesta que difiere de los tipos convencionales. Los materiales ferromagnéticos estándar utilizados en dispositivos de memoria permiten que los datos se escriban fácilmente mediante campos magnéticos externos. Sin embargo, son vulnerables a interferencias de campos magnéticos errantes, lo que puede causar errores y limitar la densidad de almacenamiento de información.

Los materiales antiferromagnéticos ofrecen una mejor resistencia a las perturbaciones magnéticas externas. El desafío es que sus giros magnéticos internos se cancelan entre sí, dificultando la lectura de la información almacenada mediante señales eléctricas. Como resultado, los científicos han estado buscando materiales que combinen estabilidad magnética con legibilidad eléctrica y, idealmente, la capacidad de ser reescritos. Si bien los altermagnets prometen este equilibrio, los resultados experimentales para RuO₂ han variado ampliamente en todo el mundo. El progreso también se ha visto ralentizado por la dificultad de producir películas delgadas de alta calidad con una orientación cristalográfica consistente.

Verificación del altermagnetismo

El equipo de investigación superó estos obstáculos al crear con éxito películas delgadas de RuO₂ con una única orientación cristalográfica sobre sustratos de zafiro. Al elegir cuidadosamente el sustrato y ajustar las condiciones de crecimiento, lograron controlar cómo se formó la estructura cristalina.

Utilizando dicromato magnético lineal de rayos X, los investigadores mapearon la disposición de los giros y el orden magnético en las películas, confirmando que la magnetización general (poles N-S) se cancela. También detectaron magnetorresistencia dividida por giro, lo que significa que la resistencia eléctrica cambia según la dirección del giro. Este efecto proporcionó evidencia eléctrica de una estructura electrónica dividida por giro.

Los resultados experimentales coincidieron con cálculos de primer principio de anisotropía magneto-cristalina, confirmando que las películas delgadas de RuO₂ exhiben verdaderamente altermagnetismo. Juntas, estas conclusiones respaldan fuertemente el potencial de las películas delgadas de RuO₂ para dispositivos de memoria magnética de alta velocidad y alta densidad de próxima generación.

Hacia dispositivos de memoria más rápidos y eficientes

Basándose en este trabajo, el equipo planea desarrollar tecnologías avanzadas de memoria magnética basadas en películas delgadas de RuO₂. Estos dispositivos podrían soportar un procesamiento de información más rápido y eficiente energéticamente al aprovechar la velocidad y densidad natural que ofrecen los materiales altermagnéticos.

Los métodos de análisis magnético basados en sincrotrón establecidos durante el estudio también se espera que ayuden a los investigadores a identificar y estudiar otros materiales altermagnéticos. Este enfoque podría acelerar el progreso en la espintrónica y abrir nuevas vías para futuros dispositivos electrónicos.

Equipo de investigación y financiamiento

Este proyecto fue llevado a cabo por un grupo de investigación liderado por Zhenchao Wen (Investigador Senior, Grupo de Espintrónica, Centro de Investigación de Materiales Magnéticos y Espintrónicos, NIMS), Cong He (Investigador Postdoctoral, SG, CMSM, NIMS en el momento de la investigación), Hiroaki Sukegawa (Líder de Grupo, SG, CMSM, NIMS), Seiji Mitani (Investigador Responsable, SG, CMSM, NIMS), Tadakatsu Ohkubo (Director Adjunto, CMSM, NIMS), Jun Okabayashi (Profesor Asociado, Facultad de Ciencias, Universidad de Tokio), Yoshio Miura (Profesor, Instituto de Tecnología de Kioto) y Takeshi Seki (Profesor, Universidad de Tohoku).

El trabajo fue apoyado por las subvenciones de la JSPS para la investigación científica (números de subvención: 22H04966, 24H00408), la iniciativa MEXT para establecer centros de circuitos integrados novel de próxima generación (X-NICS) (número de subvención: JPJ011438), el programa GIMRT del Instituto de Investigación de Materiales, Universidad de Tohoku, y los proyectos de investigación cooperativa del Instituto de Investigación de Comunicación Eléctrica, Universidad de Tohoku.

El estudio fue publicado en línea en Nature Communications el 24 de septiembre de 2025.