{"id":75488,"date":"2002-06-01T00:00:00","date_gmt":"2002-06-01T00:00:00","guid":{"rendered":"http:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/2002\/06\/01\/el-relieve-de-la-memoria\/"},"modified":"2015-03-17T16:04:19","modified_gmt":"2015-03-17T19:04:19","slug":"el-relieve-de-la-memoria","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/el-relieve-de-la-memoria\/","title":{"rendered":"El relieve de la memoria"},"content":{"rendered":"
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EDUARDO CESAR<\/span>El disco duro: la rugosidad entre las capas met\u00e1licas determina su capacidad para almacenar informacionesEDUARDO CESAR<\/span><\/p><\/div>\n

Las computadoras concretan una de sus destrezas b\u00e1sicas -el almacenamiento de informaciones- sin que se logre entender exactamente c\u00f3mo se da tal proceso. Pero ha habido avances. Un grupo de investigadores de la Universidad Federal de Pernambuco (UFPE) explic\u00f3 un fen\u00f3meno esencial para el funcionamiento de las nuevas cabezas de lectura de los discos r\u00edgidos o discos duros (hard disks<\/em>) que, aunque haya sido descubierto hace 40 a\u00f1os y utilizado hace tres, sobreviv\u00eda con escasos fundamentos te\u00f3ricos.<\/p>\n

El equipo coordinado por Sergio Rezende, del Departamento de F\u00edsica de la UFPE, comprob\u00f3 que la rugosidad tiene una importancia crucial en la interacci\u00f3n entre las capas met\u00e1licas de la cabeza de lectura del disco -esa interacci\u00f3n determina directamente el desempe\u00f1o de las computadoras. Este descubrimiento permite comprender mejor el fen\u00f3meno que hace posible el compactado de la informaci\u00f3n en un momento en el que, en todo el mundo, se est\u00e1 en busca de memorias de mayor capacidad, m\u00e1s r\u00e1pidas y de menor consumo de energ\u00eda.<\/p>\n

Como un trompo
\n<\/strong>La punta de las cabezas de lectura del disco duro utilizadas actualmente, t\u00e9cnicamente llamadas magnetorresistivas, es un conjunto de capas met\u00e1licas de pocos \u00e1tomos. Como en un s\u00e1ndwich, son intercaladas una primera, hecha de material ferromagn\u00e9tico (normalmente, una aleaci\u00f3n de hierro y n\u00edquel o cobalto), que se superpone a una segunda, de material antiferromagn\u00e9tico (generalmente, \u00f3xido de n\u00edquel), y as\u00ed sucesivamente. En la superficie y en el interior de cada capa, los electrones act\u00faan como trompos: giran en un sentido, como las agujas de un reloj, o en sentido opuesto.<\/p>\n

De ese movimiento de rotaci\u00f3n del electr\u00f3n, que los f\u00edsicos llaman spin, nace el campo magn\u00e9tico -o magnetizaci\u00f3n- que permite el almacenamiento de informaciones de la memoria permanente de la computadora, grabada en cada punto de los surcos de los discos r\u00edgidos, que tambi\u00e9n est\u00e1n constituidos por capas de materiales magn\u00e9ticos. En cada punto, la magnetizaci\u00f3n en un sentido representa el bit 0, y en el otro el bit 1 -\u00e9se es el c\u00f3digo binario, a partir del cual se construyen todo los textos, gr\u00e1ficos o im\u00e1genes. En tanto, las informaciones de la memoria r\u00e1pida, llamada RAM (random acces memory<\/em> o memoria de acceso rand\u00f3mico), son almacenadas en semiconductores bajo la forma de carga el\u00e9ctrica positiva o negativa, que representa el 0 \u00f3 el 1.<\/p>\n

Expansi\u00f3n de l\u00edmites
\n<\/strong>Para entender mejor la investigaci\u00f3n de este grupo de Pernambuco, resulta inevitable echar mano a un poco de historia y a algunas otras explicaciones. Hasta los a\u00f1os 90, la lectura del disco r\u00edgido se hac\u00eda mediante un proceso f\u00edsico llamado inducci\u00f3n magn\u00e9tica: la magnetizaci\u00f3n del bit produc\u00eda una corriente el\u00e9ctrica en la cabeza de lectura, luego procesada por otros dispositivos de la computadora. Era un recurso limitado, porque el \u00e1rea de almacenamiento deb\u00eda ser grande para ser interpretada por la cabeza de lectura.<\/p>\n

En los a\u00f1os 90 se produjo un salto, con las nuevas cabezas de lectura, denominadas magnetorresistivas, y con \u00e9stas se hizo posible disminuir el \u00e1rea y, de esta manera, aumentar la capacidad de almacenaje de informaciones de los discos duros. A prop\u00f3sito, de este viraje tecnol\u00f3gico particip\u00f3 otro brasile\u00f1o: M\u00e1rio Baibich, profesor del Instituto de F\u00edsica de la Universidad Federal de R\u00edo Grande do Sul (UFRGS). En 1989, cuando estaba en Francia, Baibich descubri\u00f3 la magnetorresistencia gigante, el fen\u00f3meno que dio origen a las actuales cabezas de lectura de los discos r\u00edgidos y que asocia la resistencia del material al campo magn\u00e9tico creado por el bit de informaci\u00f3n del disco r\u00edgido.<\/p>\n

Al comprobar la importancia de la rugosidad, Rezende lleg\u00f3, en cierto forma, a los resultados perseguidos por los investigadores te\u00f3ricos de IBM, la empresa que desarroll\u00f3 el primer disco r\u00edgido en 1956 y no cej\u00f3 en la b\u00fasqueda de la manera de ampliar la memoria de esos dispositivos. En todo este tiempo, el conocimiento acumulado sobre las propiedades de las capas ferromagn\u00e9ticas y antiferromagn\u00e9ticas permiti\u00f3 que la capacidad de almacenamiento aumentase 3 millones de veces: de los iniciales 2 kbits por pulgada cuadrada en el primero disco a 20 gigabits por pulgada cuadrada en la versi\u00f3n m\u00e1s reciente, de 1999.<\/p>\n

Pero aun as\u00ed, solamente hab\u00eda hip\u00f3tesis acerca de c\u00f3mo funcionaba la interacci\u00f3n entre las capas, un fen\u00f3meno conocido como\u00a0exchange bias<\/em> o polarizaci\u00f3n por intercambio, que permanec\u00eda carente de sustentaci\u00f3n te\u00f3rica y experimental.”Los c\u00e1lculos te\u00f3ricos de Alex Malozemoff, de IBM, mostraron en 1987 que la rugosidad podr\u00eda ser la responsable por la enorme reducci\u00f3n del campo magn\u00e9tico de\u00a0exchange bias<\/em>, originado por la interacci\u00f3n de los electrones superficiales entre las capas ferromagn\u00e9ticas y antiferromagn\u00e9ticas”, comenta Rezende. “Nuestras experiencias y el modelo te\u00f3rico que desarrollamos comprueban que es \u00e9se precisamente el caso”.<\/p>\n

El grupo de Pernambuco present\u00f3 las medidas experimentales en noviembre del a\u00f1o pasado en durante la Conferencia Anual de Magnetismo realizada en Seattle, Estados Unidos, y public\u00f3 los estudios te\u00f3ricos en dos art\u00edculos recientes, uno en marzo de este a\u00f1o en\u00a0Physical Review B<\/em> y otro en abril, en el\u00a0Journal of Applied Physics<\/em>.<\/p>\n

Aunque no se creyese que fuera tan importante, la rugosidad entre las capas ya era conocida. Es una propiedad todav\u00eda inevitable de las capas magn\u00e9ticas que forma la memoria permanente de las computadoras, ya que actualmente es imposible producir una superficie absolutamente plana. Lo que a una simple mirada parece perfectamente liso, asume a escala at\u00f3mica contornos que recuerdan a los altibajos de una cadena de monta\u00f1as. Dos capas son como cadenas monta\u00f1osas encaj\u00e1ndose perfectamente entre s\u00ed, ya que el proceso de fabricaci\u00f3n elimina cualquier espacio vac\u00edo entre \u00e9stas.<\/p>\n

Los estudios del equipo de Rezende detallan exactamente el modo por el cual la rugosidad -la variaci\u00f3n del relieve- interfiere en la interacci\u00f3n entre las capas. A causa de esos altibajos, los electrones de la capa ferromagn\u00e9tica interact\u00faan ora con electrones conspin<\/em> en un sentido (situados, por as\u00ed decirlo, en un pico de la cadena monta\u00f1osa), ora con electrones con\u00a0spin<\/em> en otro sentido (en el valle) de la capa opuesta. El problema es que la rugosidad causa fen\u00f3menos indeseables, que los f\u00edsicos denominan comportamientos complejos, originados por des\u00f3rdenes f\u00edsicos, conocidos como frustraciones, agravados por las variaciones de temperatura. “Esos fen\u00f3menos eran observados desde hace a\u00f1os y se especulaba sobre sus causas, pero no exist\u00eda una comprobaci\u00f3n fehaciente como ahora”, comenta Rezende.<\/p>\n

Sin p\u00e9rdidas
\n<\/strong>La rugosidad interfiere tambi\u00e9n, en un plano macrosc\u00f3pico, en la reducci\u00f3n de la interaci\u00f3n magn\u00e9tica entre las capas y, en \u00faltima instancia, en el desempe\u00f1o de la cabeza de lectura. Su efecto no es nada desde\u00f1able: el campo efectivo que el film antiferromagn\u00e9tico crea sobre la magnetizaci\u00f3n del film ferromagn\u00e9tico es entre 100 y 1000 veces menor que el campo previsto para una interfaz perfectamente plana. “El desaf\u00edo es ahora eliminar la rugosidad”, dice Rezende. “Si usando un m\u00e9todo a\u00fan no conocido, alguien logra hacer una doble capa ferromagn\u00e9tica y antiferromagn\u00e9tica con interfaz perfectamente plana, el campo que prende la magnetizaci\u00f3n de la capa ferromagn\u00e9tica ser\u00e1 mucho mayor”. En consecuencia, la computadora va a funcionar mejor.<\/p>\n

La comprensi\u00f3n de la interacci\u00f3n entre las capas podr\u00e1 ganar aplicaciones a\u00fan m\u00e1s refinadas. El\u00a0exchange bias<\/em>, junto con otro fen\u00f3meno, el llamado tunelamiento magn\u00e9tico, es uno de los conceptos esenciales en la construcci\u00f3n de una memoria RAM magn\u00e9tica y duradera, no m\u00e1s vol\u00e1til como la usada actualmente en los semiconductores. IBM anunci\u00f3 hace dos a\u00f1os el prototipo de esa nueva memoria, con la cual se pretende arribar a algo simple: una computadora que al ser desconectada abruptamente no pierda las informaciones en pantalla y, al ser conectada nuevamente, retome el trabajo en el mismo punto en el que estaba.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"Un equipo de investigadores del estado de Pernambuco esclarece un fen\u00f3meno esencial de las computadoras","protected":false},"author":6,"featured_media":0,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_acf_changed":false,"_exactmetrics_skip_tracking":false,"_exactmetrics_sitenote_active":false,"_exactmetrics_sitenote_note":"","_exactmetrics_sitenote_category":0,"footnotes":""},"categories":[181],"tags":[],"coauthors":[93],"class_list":["post-75488","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-ciencia-es"],"acf":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/75488","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/users\/6"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=75488"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/75488\/revisions"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=75488"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=75488"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=75488"},{"taxonomy":"author","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/coauthors?post=75488"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}