SPEAR ha sido seleccionado por la Comisión Europea para su financiación dentro de su programa ITN. El proyecto, de 4 años de duración, recibirá cerca de 4 millones de euros con los que se financiará, principalmente, la contratación y formación de alto nivel de 15 investigadoras e investigadores predoctorales. SPEAR está liderado por Fèlix Casanova, investigador Ikerbasque del grupo de Nanodispositivos de nanoGUNE.

“El objetivo de la investigación es buscar nuevos materiales con un fuerte acoplamiento espín-órbita, estudiar nuevos fenómenos asociados a estos materiales y desarrollar dispositivos basados en estos fenómenos para la próxima generación de memorias y procesadores para computacion”, señala el responsable del proyecto en nanoGUNE. “A diferencia de la memoria RAM convencional, en la próxima generación de memorias, tales como las MRAM (Magnetic Random Access Memory), los datos no se almacenan como carga eléctrica o flujos de corriente, sino por medio de elementos de almacenamiento magnético. Asimismo, tenemos varias tecnologias candidatas a sustituir los actuales microprocesadores con transistores de silicio, tales como la lógica con espín o lógica MESO, el aprendizaje automático o la computación neuromórfica, que se beneficiarían de estos nuevos materiales”, añade Fèlix Casanova.

Encontrar un sustituto para la actual tecnología en la electrónica que pueda ser más pequeña, más rápida y, lo más importante, con menos consumo de energía es un desafío global. En los últimos años, Fèlix Casanova y su equipo de nanoGUNE trabajan, en colaboración con la multinacional Intel, en la lógica MESO, una nueva tecnología que combina memoria, interconexiones y requerimientos lógicos para las futuras necesidades de computación.

Las Redes de Formación de la Unión Europea aúnan universidades, centros de investigación y empresas de varios países del mundo para formar a una nueva generación de investigadores. Esta subvención fomenta la excelencia científica y la innovación empresarial, así como las perspectivas de carrera de los investigadores mediante el desarrollo de sus habilidades emprendedoras, creativas e innovadoras.

Estas redes están dirigidas a la formación de jóvenes investigadores denominados ESR —Early Stage Resercher—, investigadores que no hayan obtenido el título de doctor y estén en sus primeros 4 años de investigación. En 2018, nanoGUNE acogerá cuatro investigadores ESR, quienes participarán en los proyectos QuESTech y HYCOAT en los grupos de Nanodispositivos y Nanomateriales de nanoGUNE, respectivamente. La convocatoria para solicitar alguna de estas cuatro becas está aún abierta en la página del centro www.nanogune.eu. Estos jóvenes investigadores se formarán en los campos de la electrónica cuántica y los recubrimientos híbridos.

QuESTech

El grupo de Nanodispositivos de nanoGUNE participa en el proyecto “Quantum Electronics Science and Technology training”, con el acrónimo QuESTech, que creará una red europea de expertos para ofrecer una formación de vanguardia a jóvenes investigadores en el campo de la electrónica cuántica. El objetivo principal de este proyecto será construir, estudiar y clasificar los dispositivos electrónicos cuánticos. QuESTech formará 15 jóvenes investigadores en los subcampos de la espintrónica, electrónica única, puntos cuánticos y termodinámica cuántica. Los proyectos de investigación individuales incluirán desarrollos tecnológicos como el crecimiento de nanomateriales, nanoestructuración, microscopía de campo cercano, medición de transporte bajo condiciones extremas y cálculos teóricos. Varios de los resultados de QuESTech ya han sido identificados como de interés comercial para la emergente industria de la electrónica cuántica.

HYCOAT

Las películas delgadas de materiales híbridos diseñados a escala molecular pueden permitir avances en varias áreas relevantes como el envasado y encapsulado, la electrónica, las baterías y las aplicaciones biomédicas. La Deposición de Capa Molecular (MLD, Molecular Layer Deposition) es la técnica de deposición ideal para el crecimiento de películas híbridas ultradelgadas, uniformes y con un control preciso y flexible sobre el espesor de la película y la composición química a escala molecular. El objetivo de la Red Europea de Formación HYCOAT, en la que participa el grupo de Nanomateriales de nanoGUNE, está enfocada a crear un grupo de jóvenes investigadores bien formados que tengan un conocimiento profundo de todos los aspectos de la tecnología MLD, así como una amplia visión sobre el potencial de aplicación de los recubrimientos híbridos.

Según explica Jose María Pitarke, Director de nanoGUNE, “estos proyectos aportan prestigio internacional, tanto para el investigador predoctoral (que va a formarse en un grupo excelente) como para la institución de acogida (que recibe investigadores internacionales con uno de los programas de doctorado más competitivos de Europa)”. “Además —apunta Pitarke—, el hecho de formar parte de estos proyectos abre las puertas a otros proyectos futuros. Es un punto fuerte muy valorado por la Comisión Europea y los revisores a la hora de conceder financiación”. Por último, “permite establecer nuevas redes de contacto, beneficiosas para los jóvenes investigadores, ya que se establecen fuertes enlaces con las instituciones del consorcio, el cual puede continuar y aportar beneficios una vez acabado el programa”, añade.

En esta tesis se estudia el efecto Hall de espín, un efecto que ocurre en metales con acoplamiento espín-órbita y permite convertir corrientes de carga en corrientes de espín y viceversa. Estas conversiones son de gran interés tecnológico, ya que poseen potencial para ser usadas en el proceso de escritura de memorias magnéticas (como las MRAM) o en el de su lectura (como en circuitos lógicos basados en el espín, una reciente propuesta de Intel). En esta investigación se han desvelado los mecanismos que contribuyen a este efecto en algunos metales como el platino (Pt) o el tantalio (Ta), lo que ha permitido mostrar cómo aumentar la eficiencia de dicha conversión. También se ha combinado el platino (Pt) con grafeno para conseguir un dispositivo que convierte corrientes de espín en las de carga eficientemente.

El efecto Hall de espín está relacionado con el efecto Hall anómalo, conocido desde el siglo XIX pero poco entendido hasta hace poco. En la segunda parte de la tesis se ha evidenciado que en los materiales ferromagnéticos esta relación es más compleja de lo que se creía.

Edurne Sagasta

Edurne Sagasta estudió Fisica en la UPV/EHU y después de realizar el master en Nanociencia y Materiales Avanzados de esta misma universidad, comenzó su tesis doctoral en nanoGUNE. “Después de estudiar Física en la universidad, quería hacer algo que resultara más práctico. Al mismo tiempo, quería estar involucrada en algún proyecto con más gente, tener la oportunidad de visitar distintos laboratorios del mundo; en resumidas cuentas, comenzar un proyecto de investigación”, señala la investigadora. “Una vez finalizada la tesis doctoral, decidí dar el salto al mundo de la industria y actualmente estoy trabajando en la compañia Mondragon Assembly”, indica.

Encontrar un sustituto para la actual tecnología CMOS en la electrónica que pueda ser más pequeña, más rápida y, lo más importante, con menos consumo de energía es un desafío global. Recientemente, Intel propuso lo que ellos llaman la lógica "MESO", una nueva tecnología que combina memoria, interconexiones y requerimientos lógicos para las futuras necesidades de computación, lo que podría permitir mantener la ley de Moore más allá de la CMOS y al mismo tiempo ser más eficiente en cuanto al consumo de energía.

Para probar la viabilidad de esta tecnología disruptiva, Intel y nanoGUNE han estado uniendo fuerzas en el último año y medio. "El elemento central de la lógica de MESO tiene dos partes activas. Una parte "lee" la información de la memoria (un bit magnético), que utiliza un efecto único conocido como "efecto Hall de espín". La otra "escribe" el bit magnético utilizando el efecto magnetoeléctrico de ciertos materiales", explica el investigador Ikerbasque Fèlix Casanova, que dirige el proyecto "MESO" en nanoGUNE. Mientras que el equipo de investigación de componentes de Intel ha propuesto esta tecnología, el grupo de nanodispositivos de nanoGUNE es un experto de renombre mundial en el “efecto Hall de espín". "Según los cálculos del equipo de Intel, necesitamos que las dos partes funcionen con el mismo voltaje para que el circuito funcione: 0,1 voltios. El mayor problema es que los dispositivos anteriores que utilizaban este “efecto Hall de espín” sólo podían proporcionar 10 nanoVoltios, es decir, 10 millones de veces menos. El gran desafío es, por lo tanto, aumentar este voltaje de salida para la parte de "lectura""", añade Casanova.

Ahora, los primeros resultados de este trabajo han sido publicados en la revista Nature Electronics. El grupo de nanoGUNE e Intel ha sido capaz de aumentar 10.000 veces este voltaje, simplemente usando un mejor diseño pero con el material estándar para este efecto, el platino. Aunque todavía no han alcanzado el valor final para que esta tecnología funcione, revelan diferentes caminos para conseguirlo. En primer lugar, la señal que da el dispositivo que han diseñado se escala cuando se reducen las dimensiones, lo cual es un requisito para que cualquier tecnología se introduzca en el mercado (de lo contrario la miniaturización no sería posible). En segundo lugar, identifican la función exacta de los materiales del dispositivo y estiman que ciertos materiales (como los aislantes topológicos recientemente descubiertos) tienen las propiedades necesarias que deberían permitirles salvar la diferencia restante de 1.000 veces de mejora para el objetivo de 0,1 voltios. Estos resultados, por lo tanto, acercan la tecnología MESO un paso más a la realidad.