Vortión, un nuevo estado magnético que imita las sinapsis neuronales
Científicos descubren un nuevo estado magnético, el vortión, que revoluciona el control de propiedades magnéticas a escala nanométrica. Este avance promete reducir el consumo energético en memorias y abrir nuevas posibilidades en computación y biomedicina.
Por Enrique Coperías
Así ve una IA el concepto del vortión; muestra los campos magnéticos giratorios a escala nanométrica en un entorno futurista. Imagen: DALL-E
Un equipo de científicos de la Universitat Autònoma de Barcelona (UAB) ha logrado desarrollar experimentalmente un nuevo estado magnético que han denominado vórtice magnetoiónico o vortión. Este avance, publicado en la revista Nature Communications, revoluciona el control de las propiedades magnéticas a escala nanométrica y a temperatura ambiente, lo que abre nuevas posibilidades para el diseño de dispositivos magnéticos avanzados.
En un mundo impulsado por el big data, la creciente demanda de almacenamiento de información ha disparado el consumo energético. Actualmente, la mayoría de las memorias magnéticas utilizan corrientes eléctricas que calientan los dispositivos y disipan energía. Sin embargo, un enfoque prometedor es el uso de materiales magnetoiónicos, capaces de modificar sus propiedades magnéticas mediante la aplicación de voltaje, sin necesidad de corrientes eléctricas.
Hasta ahora, la investigación en magnetoiónica se había centrado en capas continuas, sin explorar su potencial en nanopuntos (estructuras de tamaño nanométrico esenciales para el almacenamiento de datos de alta densidad).
Remolinos magnéticos
Por otro lado, se sabe que, a escalas submicrométricas, emergen fenómenos magnéticos únicos, como los vórtices magnéticos, pequeñas estructuras en forma de remolino con aplicaciones en biomedicina y tecnología de almacenamiento. Sin embargo, modificar estos vórtices una vez formados era extremadamente complejo y requería un alto consumo energético.
Gracias a la colaboración de investigadores del Departamento de Física de la UAB, el ICMAB-CSIC, el Sincrotrón ALBA y centros de investigación en Italia y Estados Unidos, se ha logrado combinar la magnetoiónica con los vórtices magnéticos para desarrollar el vortión.
Este nuevo estado magnético permite controlar con precisión las propiedades magnéticas de un nanopunto, simplemente extrayendo iones de nitrógeno mediante la aplicación de voltaje.
Imagen 3D de los nanopuntos generados por los autores de la investigación, obtenida mediante microscopio de fuerzas atómicas (AFM). La imagen original ha sido publicada en Nature Communications https://doi.org/10.1038/s41467-025-57321-8
Diferentes estados magnéticos
«Se trata de un objeto completamente inexplorado a escala nanométrica", destaca Jordi Sort, investigador ICREA de la UAB y director del estudio. Y añade en un comunicado de esta universidad barcelonesa—: Existe una gran demanda para controlar los estados magnéticos a escala nanométrica pero, sorprendentemente, la mayor parte de la investigación en magnetoiónica se ha enfocado hasta ahora en el estudio de películas de materiales continuos».
Según Sort, «si nos fijamos en los efectos del desplazamiento de iones en estructuras discretas de dimensiones nanométricas, los llamados nanopuntos que hemos analizado, vemos que aparecen configuraciones de espín muy interesantes que evolucionan dinámicamente y que son exclusivas de este tipo de estructuras».
Dependiendo de la duración del voltaje aplicado, los vortiones pueden presentar diferentes estados magnéticos, desde un material inicialmente no magnético hasta un estado con orientación uniforme o un vórtice magnetoiónico con propiedades específicas.
Redes nuronales con sinapsis dinámicas
Este descubrimiento representa un hito en el control magnético, al permitir manipular con precisión la magnetización, la coercitividad, la remanencia y otros parámetros clave para el almacenamiento de información en memorias magnéticas. Además, la aplicación de voltaje en lugar de corriente eléctrica reduce drásticamente la pérdida de energía en dispositivos como ordenadores portátiles, servidores y centros de datos.
«Con los vortiones, hemos conseguido un control sin precedentes de las propiedades magnéticas, ajustándolas de manera analógica y reversible con un consumo energético ultrabajo», explica Irena Spasojević, investigadora postdoctoral y primera autora del estudio.
Además de mejorar el rendimiento de memorias magnéticas, este avance podría integrarse en redes neuronales para desarrollar sinapsis dinámicas, simulando de este modo el funcionamiento de las conexiones en el cerebro humano, según Sort.
«El comportamiento de los vortiones es análogo al de las sinapsis biológicas, que también responden a señales eléctricas y migración de iones», explica Spasojević.
Jordi Sort e Irena Spasojević en la UAB, con el magnetómetro de efecto Kerr magneto-óptico (MOKE) utilizado para las medidas in situ descritas en el trabajo. Cortesía: UAB
Posibles aplicaciones del vortión
Más allá de la computación neuromórfica, los vortiones podrían revolucionar diversos campos. Estos son algunos:
✅ Memorias multinivel para almacenamiento de datos de alta densidad.
✅Computación espintrónica, utilizando el espín de los electrones para procesar información.
✅ Ciberseguridad, con dispositivos capaces de almacenar datos de manera más segura.
✅ Medicina y teragnosis, mejorando las tecnologías de diagnóstico y tratamiento.
✅ Magnónica, aprovechando las ondas de espín para la transmisión de información.
Sin duda alguna, este hallazgo abre un nuevo horizonte en la física de materiales, ofreciendo soluciones energéticamente eficientes y versátiles para la próxima generación de tecnologías magnéticas avanzadas. ▪️
Información facilitada por la Universidad Autónoma de Barcelona
Fuente: Spasojevic, I., Ma, Z., Barrera, A. et al. Magneto-ionic vortices: voltage-reconfigurable swirling-spin analog-memory nanomagnets. Nature Communications (2025). DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-025-57321-8
