Hacia una memoria espintrónica unidimensional con un nanohilo de cobalto sobre un substrato de cobre

Almacenar información binaria en un solo átomo es uno de los objetivos de la espintrónica, el problema es cómo acceder a dicho átomo para leer y cambiar cada bit. Una cadena unidimensional de átomos, un nanohilo, podría ser una solución, pero hasta ahora ninguna propuesta es robusta a la presencia de impurezas e inestabilidades de carga lo que impide su uso práctico. Nader Zaki (Universidad de Columbia) y sus colegas han descubierto que en un nanohilo de átomos de cobalto sobre un substrato de cobre, a muy baja temperatura, los átomos de cobalto son acoplan en parejas, formando una cadena de dímeros robusta ante impurezas y capaz de sobrevivir a las inestabilidades de carga. Más aún, para sorpresa de los propios investigadores, la razón por la que se forman estos dímeros es la inestabilidad de carga o CDW (charge-density-wave) que induce una transición de fase en el nanohilo a un estado ferromagnético, lo que han demostrado comparando simulaciones por ordenador y datos experimentales obtenidos mediante un microscopio de efecto túnel de baja temperatura (LT-STM). La longitud del enlace que une dos átomos de cobalto en un dímero es de 2,0 ± 0,1 Å, un valor menor que la distancia entre cada dos átomos de cobre en el substrato, de 2,56 Å, y que la distancia entre dos átomos de cobalto en configuración triangular sobre el mismo substrato, de 2,50 Å. Los dímeros de cobalto son magnéticamente independientes entre sí, aunque no están electrónicamente aislados, por lo que los autores creen que sus nanohilos de cobalto “dimerizados” podrían permitir el desarrollo de memorias binarias unidimensionales en las que el espín de cada dímero almacenaría un bit y su estado se podría controlar aplicando corrientes eléctricas apropiadas; por supuesto, el desarrollo de estas memorias espintrónicas a baja temperatura requerirá avances futuros. El artículo técnico es Nader Zaki (Columbia University) et al., “Spin-exchange-induced dimerization of an atomic 1-D system,” arXiv:1208.0612, Subm. 2 Aug 2012.

Esta imagen del microscopio de efecto túnel (LT-STM) muestra la interacción de una impureza (una molécula de CO) con la cadena dimerizada de cobalto. Se observa claramente la inactividad de la cadena y la gran robustez de estos nanohilos ante la presencia de la impurezas. La “dimerización” de la cadena ha sido observada a 5 K pero se mantiene hasta temperaturas tan altas como 81 ± 4 K; los autores creen que hay una temperatura crítica alrededor de 91 K a partir de la cual se destruye el efecto y se instabiliza el nanohilo, como muestran las imágenes de abajo obtenidas mediante una técnica de substracción del substrato. La física de esta transición de fase todavía no se entiende en detalle y será objeto de futuros estudios específicos.