Muchos datos le¨ªdos a una velocidad incre¨ªble

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 ¨¦l. Si ¨¦ste es su caso, siga leyendo. Cada vez que alguien en cualquier lugar del mundo aprieta un bot¨®n en el teclado de un ordenador para que ¨¦ste lea un archivo de su disco duro (un documento, una canci¨®n o un v¨ªdeo), una min¨²scula cabeza lectora empieza a volar a una velocidad incre¨ªble sobre la superficie del disco buscando los diminutos campos magn¨¦ticos generados por las regiones donde se almacena la informaci¨®n. Esta cabeza lectora detecta los campos magn¨¦ticos de los bites mediante un efecto f¨ªsico, la magnetorresistencia gigante (GMR, de sus iniciales en ingl¨¦s), cuyos descubridores -Albert Fert y Peter Gr¨¹nberg- son galardonados con el Premio Nobel de F¨ªsica de 2007. Probablemente, la cabeza lectora de GMR es el producto basado en nanociencia m¨¢s extendido en el mercado y un ejemplo ilustrativo de lo que la nanotecnolog¨ªa 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 as¨ª como un s¨¢ndwich de jam¨®n y queso o un helado de capas de chocolate y nata, salvo que estos milhojas est¨¢n formados por capas de unos pocos ¨¢tomos de espesor (aqu¨ª es donde entra en juego la nanociencia), deb¨ªan crecerse capa at¨®mica tras capa at¨®mica y poseer una perfecci¨®n estructural muy notable. Estas multicapas met¨¢licas fueron desarrolladas a finales de los a?os setenta por Ivan K. Schuller, un extraordinario f¨ªsico criado en Chile y afincado en Estados Unidos.

Las multicapas met¨¢licas empezaron a dar sorpresas muy pronto. A mediados de los a?os ochenta empezamos a crecer y estudiar multicapas magn¨¦ticas en el laboratorio de superficies de la Universidad Aut¨®noma de Madrid. Los ¨¢tomos de materiales magn¨¦ticos, cuando forman un im¨¢n en volumen, alinean su imanaci¨®n en el mismo sentido, pero una de las sorpresas de las multicapas fue el descubrimiento de que, cuando uno de los metales (digamos, el jam¨®n del s¨¢ndwich) era magn¨¦tico y el otro no magn¨¦tico, la imanaci¨®n de las capas consecutivas de material magn¨¦tico estaba alineada en sentidos opuestos, en lo que se conoce como acoplamiento antiferromagn¨¦tico. Peor a¨²n, al cambiar el espesor del espaciador no magn¨¦tico (el queso), las capas magn¨¦ticas iban alternando su alineaci¨®n de paralela a antiparalela con una periodicidad exacta de unas pocas capas at¨®micas. Este acoplamiento magn¨¦tico oscilatorio entre cobalto, cobre y cobalto fue una gran sorpresa, ya que es como si al cambiar el espesor del queso del s¨¢ndwich ¨¦ste supiese a salami. Pero a¨²n quedaba la sorpresa mayor (y la realmente ¨²til).

En 1988, y casi simult¨¢neamente, Gr¨¹nberg, un f¨ªsico alem¨¢n con aspecto de campesino afable, en el Centro de Investigaci¨®n Nuclear de J¨¹lich, cerca de Colonia, y Fert, un franc¨¦s de Carcassone, culto y elegante, en su laboratorio de la Universidad de Par¨ªs Sur en Orsay, prepararon unas multicapas magn¨¦ticas/no magn¨¦ticas (hierro y cromo fueron los materiales elegidos) con un espesor de cromo (recuerden, el queso) que produc¨ªa un ordenamiento antiparalelo de las capas de hierro. Al medir la resistencia el¨¦ctrica de estas multicapas met¨¢licas en ausencia de campo encontraron un valor alto, pero al colocarla en presencia de un campo magn¨¦tico externo la resistencia de la pel¨ªcula disminuy¨®: un 6% en el caso de la muestra de Gr¨¹nberg, pero un 50% en la muestra de Fert. En presencia del campo magn¨¦tico externo, la orientaci¨®n de las capas magn¨¦ticas se hac¨ªa paralela a la direcci¨®n del campo externo y la resistencia el¨¦ctrica disminu¨ªa.

La excitaci¨®n de Mario Baibich, el posdoctoral brasile?o que llev¨® a cabo f¨ªsicamente las primeras medidas en el laboratorio de Fert, ante estos resultados, es todav¨ªa recordada por sus compa?eros. El descubrimiento pill¨® a la comunidad cient¨ªfica por sorpresa. Muchos f¨ªsicos no cre¨ªan que el efecto fuese posible pero, como ocurre cuando un efecto f¨ªsico es real, fue reproducido muy r¨¢pidamente en docenas de laboratorios.

Adem¨¢s, en este caso, el efecto pod¨ªa ser ¨²til para implementar un dispositivo capaz de detectar diminutos campos magn¨¦ticos. Aunque Gr¨¹nberg reconoci¨® la aplicabilidad del descubrimiento y lo patent¨®, convertir esto en una cabeza lectora de GMR fue la tarea de Stuart Parkin, un f¨ªsico ingl¨¦s que trabaja en los laboratorios de IBM en San Jos¨¦, California. Stuart sustituy¨® la combinaci¨®n cobalto/cobre/cobalto por cobalto/cobre/permalloy para hacer m¨¢s sensible la cabeza.

La creatividad y persistencia de Parkin, un cient¨ªfico con una envidiable capacidad de concentraci¨®n en el trabajo, facilitada por un permanente canturreo en voz baja, consigui¨® convertir un fen¨®meno s¨®lo observable, a bajas temperaturas y altos campos magn¨¦ticos, 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 informaci¨®n del que disfrutamos hoy, posibilitando la aparici¨®n de reproductores de MP3, iPod y una variedad de sensores magn¨¦ticos. Tal vez m¨¢s importante para el futuro sea que la GMR ha abierto el campo de la espintr¨®nica, incluyendo el desarrollo de memorias magn¨¦ticas (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 r¨ªo Arno en Florencia, mientras Fert curioseaba en los puestos de artesan¨ªa, Gr¨¹nberg, ataviado con sandalias y calcetines, me musit¨®: "Hay demasiada gente involucrada en esto que estamos haciendo para que sea objeto de premios a individuos". Estaba equivocado. En 1994, ¨¦l mismo, Fert y Parkin recibieron el Premio de la Sociedad Americana de F¨ªsica. En 1997, los tres recibieron el Premio HP de la Sociedad Europea de F¨ªsica. Ahora dos de ellos han recibido el merecido Nobel de F¨ªsica 2007.

Rodolfo Miranda es catedr¨¢tico de F¨ªsica de la Materia Condensada de la Universidad Aut¨®noma de Madrid (UAM) y director del Instituto Madrile?o de Estudios Avanzados en Nanociencia (IMDEA-Nanociencia.