Muchos datos leídos a una
velocidad increíble
El fenómeno descubierto por
el francés Albert Fert y el alemán Peter Grünberg
se plasma en la nanotecnología
La mayor parte de la gente no dedica ni un
segundo a pensar en lo que ocurre en el disco duro de su ordenador hasta que
se quedan sin espacio en él. Si éste es su caso, siga leyendo. Cada vez que
alguien en cualquier lugar del mundo aprieta un botón en el teclado de un
ordenador para que éste lea un archivo de su disco duro (un documento, una
canción o un vídeo), una minúscula cabeza lectora empieza a volar a una
velocidad increíble sobre la superficie del disco buscando los diminutos
campos magnéticos generados por las regiones donde se almacena la
información. Esta cabeza lectora detecta los campos magnéticos de los bites
mediante un efecto físico, la magnetorresistencia gigante (GMR,
de sus iniciales en inglés), cuyos descubridores -Albert Fert y Peter
Grünberg- son galardonados con el Premio Nobel de Física de 2007.
Probablemente, la cabeza lectora de GMR es el producto basado en nanociencia
más extendido en el mercado y un ejemplo ilustrativo de lo que la
nanotecnología puede ofrecer en el futuro.
Como ocurre casi siempre en ciencia, el
descubrimiento de la GMR ha sido posible por una serie de avances previos
encadenados. En primer lugar fue preciso ser capaz de fabricar estructuras
artificiales compuestas por capas alternadas de dos metales diferentes; algo
así como un sándwich de jamón y queso o un helado de capas de chocolate y
nata, salvo que estos milhojas están formados por capas de unos pocos átomos
de espesor (aquí es donde entra en juego la nanociencia), debían crecerse
capa atómica tras capa atómica y poseer una perfección estructural muy
notable. Estas multicapas metálicas fueron desarrolladas a finales de los
años setenta por Ivan K. Schuller, un extraordinario físico criado en Chile
y afincado en Estados Unidos.
Las multicapas metálicas empezaron a dar
sorpresas muy pronto. A mediados de los años ochenta empezamos a crecer y
estudiar multicapas magnéticas en el laboratorio de superficies de la
Universidad Autónoma de Madrid. Los átomos de materiales magnéticos, cuando
forman un imán en volumen, alinean su imanación en el mismo sentido, pero
una de las sorpresas de las multicapas fue el descubrimiento de que, cuando
uno de los metales (digamos, el jamón del sándwich) era magnético y
el otro no magnético, la imanación de las capas consecutivas de material
magnético estaba alineada en sentidos opuestos, en lo que se conoce como
acoplamiento antiferromagnético. Peor aún, al cambiar el espesor del
espaciador no magnético (el queso), las capas magnéticas iban
alternando su alineación de paralela a antiparalela con una periodicidad
exacta de unas pocas capas atómicas. Este acoplamiento magnético oscilatorio
entre cobalto, cobre y cobalto fue una gran sorpresa, ya que es como si al
cambiar el espesor del queso del sándwich éste supiese a salami. Pero
aún quedaba la sorpresa mayor (y la realmente útil).
En 1988, y casi simultáneamente, Grünberg,
un físico alemán con aspecto de campesino afable, en el Centro de
Investigación Nuclear de Jülich, cerca de Colonia, y Fert, un francés de
Carcassone, culto y elegante, en su laboratorio de la Universidad de París
Sur en Orsay, prepararon unas multicapas magnéticas/no magnéticas (hierro y
cromo fueron los materiales elegidos) con un espesor de cromo (recuerden, el
queso) que producía un ordenamiento antiparalelo de las capas de
hierro. Al medir la resistencia eléctrica de estas multicapas metálicas en
ausencia de campo encontraron un valor alto, pero al colocarla en presencia
de un campo magnético externo la resistencia de la película disminuyó: un 6%
en el caso de la muestra de Grünberg, pero un 50% en la muestra de Fert. En
presencia del campo magnético externo, la orientación de las capas
magnéticas se hacía paralela a la dirección del campo externo y la
resistencia eléctrica disminuía.
La excitación de Mario Baibich, el
posdoctoral brasileño que llevó a cabo físicamente las primeras medidas en
el laboratorio de Fert, ante estos resultados, es todavía recordada por sus
compañeros. El descubrimiento pilló a la comunidad científica por sorpresa.
Muchos físicos no creían que el efecto fuese posible pero, como ocurre
cuando un efecto físico es real, fue reproducido muy rápidamente en docenas
de laboratorios.
Además, en este caso, el efecto podía ser
útil para implementar un dispositivo capaz de detectar diminutos campos
magnéticos. Aunque Grünberg reconoció la aplicabilidad del descubrimiento y
lo patentó, convertir esto en una cabeza lectora de GMR fue la tarea de
Stuart Parkin, un físico inglés que trabaja en los laboratorios de IBM en
San José, California. Stuart sustituyó la combinación cobalto/cobre/cobalto
por cobalto/cobre/permalloy para hacer más sensible la cabeza.
La creatividad y persistencia de Parkin, un
científico con una envidiable capacidad de concentración en el trabajo,
facilitada por un permanente canturreo en voz baja, consiguió convertir un
fenómeno sólo observable, a bajas temperaturas y altos campos magnéticos, en
materiales caros y lentos de fabricar, en un dispositivo que funciona a
temperatura ambiente y bajos campos, barato de producir y fiable. La primera
cabeza de lectura basada en la GMR fue lanzada al mercado por IBM en 1997, y
desde entonces ha facilitado el tremendo aumento en la capacidad de
almacenamiento de información del que disfrutamos hoy, posibilitando la
aparición de reproductores de MP3, iPod y una variedad de sensores
magnéticos. Tal vez más importante para el futuro sea que la GMR ha abierto
el campo de la espintrónica, incluyendo el desarrollo de memorias
magnéticas (MRAM) que se pueden usar como memoria universal que reemplace
tanto a la RAM tradicional como a los discos duros.
Una tarde dorada de septiembre de 1990, en
una terraza sobre el río Arno en Florencia, mientras Fert curioseaba en los
puestos de artesanía, Grünberg, ataviado con sandalias y calcetines, me
musitó: "Hay demasiada gente involucrada en esto que estamos haciendo para
que sea objeto de premios a individuos". Estaba equivocado. En 1994, él
mismo, Fert y Parkin recibieron el Premio de la Sociedad Americana de
Física. En 1997, los tres recibieron el Premio HP de la Sociedad Europea de
Física. Ahora dos de ellos han recibido el merecido Nobel de Física 2007.
RODOLFO MIRANDA
EL PAÍS - 17-10-2007
