DISCOS DUROS DEL TAMAÑO DE UN GRANO DE ARROZ

Skyrmion, la misteriosa partícula que puede revolucionar la informática

Se descubrieron en 1962, pero hasta el momento nadie había podido almacenar datos sobre ellos. Se postulan como el futuro de los discos duros

Foto: Los skyrmions son un vórtice de átomos con forma de trenza que surge al aplicar una carga magnética sobre las partículas de ciertos materiales
Los skyrmions son un vórtice de átomos con forma de trenza que surge al aplicar una carga magnética sobre las partículas de ciertos materiales

No es la partícula de Dios, y seguramente su estudio jamás merezca un premio Nobel -además, su descubridor ya está muerto-, pero el halo de misterio que rodea a los skyrmions guarda similitudes con el bosón de Higgs. También su trayectoria es parecida. La partícula que podría inaugurar una nueva era de la informática desde el punto de vista del almacenamiento de datos fue formulada a principios de los 60, poco antes que las primeras teorías sobre el bosón. Su padre, el físico británico Tony Skyrme, fallecido en 1987, ha pasado de puntillas por la historia de la ciencia. 

Se le recuerda como un investigador modesto, de poca ambición, y a pesar de que su modelo matemático -al principio, la existencia de los skyrmions era sólo una hipótesis- solucionaba de manera solvente un problema físico de la época, a saber, el comportamiento de las partículas subatómicas, no alcanzó una gran repercusión. Tuvo mala suerte. Al menos, fue lo suficientemente audaz como para nombrar la partícula con su propio apellido. Por si las moscas.

Se le recuerda como un investigador modesto, de poca ambición, y a pesar de que su modelo matemático solucionaba de manera solvente un problema físico de la época, el skyrmion no alcanzó una gran repercusiónEn los 60, su hallazgo fue eclipsado por la formulación teórica de un elemento esencial de la física de partículas, los quarks, por culpa de los cuales los skyrmions llegaron al final de los 70 fatigados, como un pariente pobre de este componente fundamental de la materia.

Sin embargo, los 80 arrancaron con la aceptación del modelo de Skyrme por parte de sus colegas, pero entonces apareció en escena la teoría de cuerdas, centrando de nuevo el interés de la comunidad científica. El skyrmion desapareció del mapa: se convirtió en una partícula de culto sólo recordada por algunos nostálgicos.

Skyrme falleció, sin honores, justo antes del desarrollo de una aplicación científica que, de rebote, representaría un revulsivo para el skyrmion. En 1985, Klaus von Klitzing había obtenido el Nobel de Física por sus avances en el campo del efecto hall cuántico. Desde entonces, los dispositivos electrónicos basados en esta nueva vía fueron capaces de testar múltiples estructuras, entre ellas los skyrmions. En los 90, por fin, los científicos los vieron con sus propios ojos. La edad dorada de la partícula estaba a punto de iniciarse.

La primera aplicación

En la literatura científica, se describe a los skyrmions como un vórtice de átomos que surge al aplicar, de forma controlada, una carga magnética sobre las partículas de ciertos materiales, de tal forma que los espines de los electrones, que en condiciones normales se alinean en la misma dirección, adquieren en los skyrmions una forma de trenza.

No obstante, más allá de la curiosidad física de la nueva estructura, el problema que arrastraba la partícula desde los 60 era que carecía de valor práctico que motivase a los investigadores a indagar en los misteriosos skyrmions. Finalmente, su aplicación llegó.

Representación gráfica del experimento de la Universidad de Hamburgo
Representación gráfica del experimento de la Universidad de Hamburgo

El skyrmion halló su utilidad en una tecnología emergente emparentada con la computación cuántica, la espintrónica, cuyo principal objetivo es el desarrollo de sistemas de almacenamiento y procesamiento de datos más potentes y dotados de una mayor capacidad, gracias al desarrollo de los bits cuánticos.

Un equipo de investigadores del grupo Wiesendanger de la Universidad de Hamburgo ha logrado, por primera vez, leer y escribir datos utilizando skyrmions, un hito científico que se postula como una posible revolución en el futuro de los discos durosSin embargo, y a pesar de que los científicos conocían el potencial de la partícula en el campo del almacenamiento, nadie había podido demostrar, una vez más, su valor como soporte digital. 

Ha sido ahora cuando un equipo de investigadores del grupo Wiesendanger de la Universidad de Hamburgo ha logrado, por primera vez, leer y escribir datos utilizando skyrmions, un hito científico que se postula como una posible revolución en el futuro de los discos duros. No sólo desde el punto de vista de su capacidad: atendiendo también a una reducción significativa de su tamaño.

Discos duros del tamaño de un grano de arroz

Utilizando un microscopio de efecto túnel, los científicos alemanes han logrado generar y destruir, de forma estable, una cadena de cuatro skyrmions en una película magnética de paladio y hierro. En ese sentido, apuntan a la posibilidad teórica de fabricar discos duros que multipliquen en un 2000% la capacidad de los actuales discos magnéticos.

En cuanto a la reducción de su tamaño, ya hablan de discos duros del tamaño de un cacahuete en el caso de la memoria de un ordenador portátil; o de un grano de arroz en el caso de un iPod.

Esto es posible gracias a la misteriosa disposición de los espines. En los discos duros magnéticos convencionales, las partículas no pueden acercarse más allá de un límite por la simple razón de que se produciría una interferencia en el efecto de magnetización que terminaría por destruir los datos. 

Sin embargo, los skyrmions permiten comprimir la estructura de las partículas de tal modo que podrían fabricarse dispositivos veinte veces más pequeños que los actuales. Además, su consumo de energía es 100.000 veces menor.

La noticia tiene un contrapunto. El experimento no se realizó a temperatura ambiente. Los científicos necesitaron reducirla hasta los 4,2 grados Kelvin (-267 °C), la temperatura del helio líquido, incompatible con cualquier tipo de dispositivo electrónico. Además, el experimento sólo fue efectivo en el 60% de las pruebas. 

Simulación de la formación de skyrmions realizada por los científicos japoneses de RIKEN
Simulación de la formación de skyrmions realizada por los científicos japoneses de RIKEN

A pesar de su optimismo, los investigadores aseguran que aún resta un largo camino para su aplicación, aunque hace un mes un grupo de investigadores japoneses del centro tecnológico RIKEN reforzó la teoría de los alemanes con una nueva demostración: almacenar datos sobre skyrmions es una realidad.

Ahora, el principal objetivo a corto plazo es hallar un material con el que poder trabajar a temperatura ambiente y a partir del cual iniciar la fabricación de prototipos.

El fin de la ley de Moore

Desde los 60, la ley empírica de Moore se ha mantenido en el imaginario científico como una regla básica del desarrollo de la tecnología. No obstante, en los últimos años han surgido voces alternativas que vaticinan el final de una tendencia que hasta el presente ha sido válida.

Es el ocaso que ya vaticinó el físico teórico Michio Kaku: las leyes de la termodinámica y la física cuántica impedirán el cumplimiento a corto plazo de la ley de MooreMientras el propio Gordon Moore auguró en 2005 que su observación seguiría siendo posible al menos durante veinte años más, y la compañía de la que fue fundador, Intel, expresó hace un mes su convicción de que la firma se encuentra en disposición de ser fiel a la ley en el campo de los microprocesadores, por su parte, John Gustafson, responsable de la arquitectura de productos en AMD, afirmó en abril que la regla de Moore se encuentra en su recta final por las propias imposiciones de la física.

Es el ocaso que ya vaticinó el físico teórico Michio Kaku: las leyes de la termodinámica y la física cuántica impedirán el cumplimiento a corto plazo de la teoría. Si la ley de Moore reza que que cada dos años la cantidad de transistores en un circuito integrado se duplica, AMD explica que su capacidad tecnológica para reducir el tamaño de los transitores ya no da más de sí: pasar de 28 a 20 nanometros está resultando una odisea. Además, el proceso para implementar las mejoras resulta demasiado extenso y costoso.

Ante la evidencia de que será imposible mantener el mismo ritmo de evolución de las tecnologías informáticas, al menos según las mismas técnicas, ya colapsadas, las alternativas son necesarias. En esa línea, la computación cuántica y la espintrónica, de la que forman parte los skyrmions, aparecen como candidatas para la creación de un nuevo modelo de desarrollo, una nueva ley que convierta las observaciones de Moore en una broma.

O visto de un modo más irónico: una nueva ley que permita a las multinacionales tecnológicas seguir alimentando, ahora de forma más vertiginosa, la capacidad y la potencia de los dispositivos electrónicos en nombre del progreso científico, pero siempre bajo la dictadura silenciosa de la obsolescencia programada, una caducidad que en el futuro será cuántica.

Mientras tanto, el misterio de los skyrmions sigue vivo: ningún investigador sabe explicar a ciencia cierta cómo diablos se forman las trenzas de sus vórtices.

Tecnología
Escribe un comentario... Respondiendo al comentario #1
4 comentarios
Por FechaMejor Valorados
Mostrar más comentarios