Ordenadores, teléfonos móviles y centros de datos necesitan cada vez más energía para procesar y almacenar la enorme cantidad de información que genera una sociedad cada vez más digitalizada. Parte de esa energía termina inevitablemente convertida en calor y se pierde.
Ahora, una investigación europea desarrollada en España estudia una posibilidad diferente: aprovechar ese calor residual para ayudar a controlar y desplazar información magnética a escalas diminutas.
Esta es la idea que ha explorado 3D-Sky, un proyecto europeo desarrollado entre julio de 2024 y junio de 2026 en el Instituto de Nanociencia y Materiales de Aragón (INMA), centro mixto del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y la Universidad de Zaragoza.
El proyecto, financiado por la Unión Europea a través de las acciones Marie Skłodowska-Curie de Horizonte Europa, ha investigado cómo utilizar la temperatura como una herramienta para controlar unas diminutas estructuras magnéticas que podrían tener aplicaciones en las tecnologías de almacenamiento y procesamiento de información del futuro.
Convertir una pérdida de energía en una herramienta
El punto de partida del proyecto es un problema cada vez más importante. A medida que crecen las necesidades de procesamiento y almacenamiento de datos, también lo hace el consumo energético de las tecnologías de la información.
Una parte de esa energía termina disipándose en forma de calor. Habitualmente, ese calor se considera un problema que es necesario eliminar para evitar que los dispositivos se sobrecalienten.
3D-Sky propone estudiar ese calor desde otra perspectiva: comprobar si puede convertirse en un recurso útil para manipular información.
La investigación ha sido desarrollada por Alberto Anadón, contratado por el CSIC en el INMA durante el proyecto, bajo la supervisión de la investigadora Cristina Bran, del CSIC, y en colaboración con el grupo de Amalio Fernández-Pacheco en la Universidad Técnica de Viena (TU Wien).
Imagen tomada con el microscopio electrónico de barrido de cuatro estructuras magnéticas tridimensionales, fabricadas una a una con la técnica FEBID.
Diminutos “remolinos” magnéticos
Para entender cómo podría conseguirse hay que acercarse hasta una escala extremadamente pequeña.
Los protagonistas de la investigación son los llamados skyrmiones magnéticos, configuraciones de la magnetización de ciertos materiales que pueden imaginarse como pequeños “remolinos” magnéticos.
Su tamaño puede ser miles de veces menor que el grosor de un cabello humano. Además de ser extremadamente pequeños, pueden mantenerse estables y desplazarse dentro de determinados materiales.
Estas características hacen que los científicos los estudien como posibles portadores de información para futuras tecnologías.
Su reducido tamaño podría permitir desarrollar memorias con una mayor densidad de almacenamiento, más rápidas y con un menor consumo de energía.
El equipo de 3D-Sky ha investigado precisamente cómo los cambios de temperatura y las diferencias térmicas pueden generar fuerzas capaces de influir en el movimiento de estas estructuras.
Un pulso de calor para crear skyrmiones
Uno de los resultados destacados del proyecto ha sido demostrar que un pulso de calor puede utilizarse para generar skyrmiones individuales de manera controlada.
Para conseguirlo, los investigadores trabajaron con dispositivos que incorporan pequeños calentadores, desarrollados en colaboración con la Universidad Autónoma de Madrid.
Al aplicar un pulso térmico, los dominios magnéticos del material pueden dividirse y dar lugar a skyrmiones aislados y estables.
El resultado supone un paso para comprender cómo la temperatura podría utilizarse como una herramienta para controlar estas estructuras y, en un futuro, manipular información magnética a escala nanométrica.
Cámara de ultra alto vacío para el crecimiento de las películas magnéticas.
Del plano a estructuras magnéticas en tres dimensiones
3D-Sky también ha explorado otra posibilidad: abandonar las superficies planas habituales y llevar el nanomagnetismo a las tres dimensiones.
Durante el proyecto se han fabricado estructuras nanométricas con formas de rampas, herraduras y hélices utilizando una técnica denominada FEBID, que puede entenderse de manera sencilla como una especie de “impresión 3D” a escala nanométrica.
El procedimiento utiliza el haz de electrones de un microscopio electrónico para construir estructuras extremadamente pequeñas y con geometrías complejas.
Trabajar en tres dimensiones puede ofrecer nuevas posibilidades porque la propia forma de estas nanoestructuras permite modificar tanto la distribución del calor como el comportamiento del magnetismo de maneras que no son posibles en los circuitos planos tradicionales.
La investigación combina así dos campos, el nanomagnetismo tridimensional y la termoespintrónica, para estudiar cómo interactúan la temperatura, la geometría y el magnetismo.
Simulación por ordenador de la magnetización en una de estas superficies curvas.
El siguiente paso: probarlo en estructuras 3D
El proyecto 3D-Sky ha concluido, pero la investigación continuará en el INMA de la mano de Alberto Anadón. El siguiente paso será probar estos experimentos térmicos en nanoestructuras tridimensionales y comprender mejor cómo la temperatura puede impulsar el movimiento de los skyrmiones.
La tecnología aún está en una fase experimental y lejos de aplicarse en móviles u ordenadores. Aun así, abre una vía prometedora: aprovechar en el futuro parte del calor que hoy se desperdicia para almacenar y procesar información con un menor consumo energético.
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