Laboratorio de espintrónica · Instituto de Física · Pontificia Universidad Católica de Chile
Espintrónica
Aquí se crecen películas magnéticas de pocos nanómetros, se litografían bajo luz ámbar y se miden con instrumentos de diseño propio. La pregunta que los ordena a todos: cómo dar vuelta un imán con una corriente eléctrica, sin campo magnético y gastando lo mínimo.
01 · Qué se investiga
Cuatro líneas, un mismo problema
Toda la electrónica del siglo XX se construyó moviendo la carga del electrón. Este laboratorio trabaja con la otra propiedad que el electrón trae encima —su espín— porque un imán orientado guarda información sin gastar energía en recordarla. Las cuatro líneas atacan ese mismo problema desde ángulos distintos.
Torque de espín-órbita
Medir con qué eficiencia una corriente que atraviesa un metal pesado consigue dar vuelta el imán vecino, y separar las dos componentes de ese empuje.
Magneto-óptica y resonancia
Detectar la magnetización con luz polarizada y con resonancia ferromagnética de banda ancha, sin tocar ni calentar la muestra.
Antiferromagnetos y altermagnetos
Materiales sin imanación neta que igual distinguen dos estados. Prometen conmutar mil veces más rápido, y son mucho más difíciles de leer.
Corrientes orbitales
El momento angular orbital del electrón también se puede transportar y convertir en torque. Es una fuente de empuje que hasta hace poco se ignoraba.
02 · La línea central
Empujar un imán con electricidad
Leer un bit magnético es fácil: basta medir una resistencia. Escribirlo es el problema. Usar un campo magnético para dar vuelta el imán obliga a poner una bobina al lado de cada celda, y eso no cabe. La alternativa es hacer que la corriente misma empuje la magnetización.
Ese empuje tiene dos componentes, y no hacen lo mismo. Distinguirlos y medirlos por separado es buena parte del trabajo experimental.
El que da vuelta el bit
Empuja la magnetización fuera de su plano de reposo y no la deja volver. Es el componente que efectivamente conmuta la memoria.
El que finge ser un campo
Actúa como si dentro del material hubiera aparecido un campo magnético extra. Cambia el umbral al que ocurre la conmutación.
Eficiencia del torque tipo amortiguamiento, medida en bicapas con NiFe y CoFeB. El signo negativo del tántalo indica que empuja en sentido contrario.
03 · Cómo se mide
Instrumentos construidos, no comprados
¿Cómo se observa algo así sin destruirlo? Con luz. Cuando un haz polarizado se refleja en un material magnético, su polarización sale girada, y el ángulo del giro sigue a la magnetización. Es el efecto Kerr magneto-óptico, descrito en 1877 y hoy convertido en un instrumento de precisión.
El giro es de milirradianes: una millonésima de vuelta. Medirlo con confianza obliga a construir el instrumento en torno al ruido, no en torno a la señal.
Este laboratorio no compró esa plataforma. La diseñó y la armó, porque no existía comercialmente en la configuración necesaria. La restricción produjo el método.
Las muestras también se hacen aquí: se crecen capa por capa en vacío ultra alto y se litografían en sala limpia bajo luz ámbar, porque la luz azul velaría la resina fotosensible.
| Periodo | Instrumento | Resultado |
|---|---|---|
| 2018–2022 | Magnetómetro de inducción, sensibilidad µ-emu | Patente de invención INAPI 201902837 |
| 2018–2022 | Plataforma magneto-óptica de detección de SOT | Phys. Rev. Applied · arXiv:2404.14315 |
| 2018–hoy | Espectrómetro FMR de banda ancha, 20 GHz | Operativo en la UC |
04 · Producción
Publicaciones
Fuente: Google Scholar, agosto de 2026.
- 2026Orbital to charge current conversion in copper oxide heterostructuresS. Vojkovic, …, C. González-Fuentes, S. OyarzúnarXiv:2603.02340
- 2025Altermagnetism in two-dimensional Ca₂RuO₄ perovskiteJ. W. González, A. M. León, C. González-Fuentes, R. A. GallardoNanoscale 17, 4796DOI19 citas
- 2021Spin diffusion length associated with out-of-plane conductivity of Pt in spin pumping experimentsC. González-Fuentes et al.Phys. Rev. B 103, 224403DOI8 citas
05 · Lo que no está resuelto
Qué falta por resolver
Nada de lo anterior es un problema cerrado. Estas son las preguntas que hoy limitan el campo, y en las que trabaja este laboratorio junto con muchos otros.
Dar vuelta el bit sin ningún campo externo
Con la magnetización perpendicular al plano, el torque por sí solo deja el resultado indeterminado. Casi todas las demostraciones usan todavía un pequeño campo auxiliar.
Que dos laboratorios midan lo mismo
Las eficiencias publicadas dependen del método. Sin protocolos comunes, las cifras de la literatura no se pueden comparar sin más.
Salir del platino
Los mejores torques provienen de metales pesados escasos y caros. Buscar el mismo efecto en óxidos o en materiales livianos es una línea activa.
Leer un antiferromagneto
Conmutan mil veces más rápido, pero no tienen imanación neta: la señal de lectura es diminuta y todavía no hay un método robusto.
Que siga funcionando al achicarse
Bajo cierto tamaño, la agitación térmica puede dar vuelta el bit sola. La estabilidad y el consumo de escritura tiran en direcciones opuestas.
Cuánto del empuje es orbital
La contribución del momento angular orbital se confunde con la de espín en casi todas las mediciones. Separarlas es un problema abierto.
06 · Los fundamentos
¿Qué es la espintrónica?
El electrón lleva encima una segunda propiedad, tan fundamental como su carga y mucho menos aprovechada: el espín. Ese giro lo convierte en un imán diminuto — y su eje solo puede apuntar en dos sentidos: arriba y abajo.
Queda una pregunta incómoda. Si cada electrón es un imán tan pequeño, ¿cómo puede un trozo de hierro seguir imantado a temperatura ambiente, cuando el desorden térmico debería desalinearlo todo? La respuesta no es magnética: es el canje, un efecto puramente cuántico que alinea los espines vecinos con una fuerza mil veces mayor que la atracción entre dos imanes.
Un bit dentro de un imán
Un bit magnético son dos capas ferromagnéticas separadas por un aislante de menos de dos nanómetros: una unión túnel. La capa de abajo está clavada en una dirección; la de arriba puede darse vuelta. Los electrones atraviesan el aislante con mucha más facilidad cuando ambas apuntan en el mismo sentido, así que el estado del bit se lee midiendo cuánta corriente pasa.
Por qué importa ahora
Lo que devolvió la espintrónica al centro es algo que nadie encargó: la inteligencia artificial se quedó sin memoria. No sin capacidad de cálculo: sin memoria capaz de alimentarla.
Crecimiento por cada dos años, últimos 20 años. Gholami et al., «AI and Memory Wall», IEEE Micro (2024).
Hay un costo que casi nunca se menciona. La RAM de tu computador es volátil: olvida su contenido en cuanto se corta la corriente, y para no olvidarlo mientras está encendida tiene que reescribir cada celda miles de veces por segundo. Un centro de datos gasta una fracción apreciable de su energía simplemente en recordar.
Una memoria magnética no hace nada de eso. El bit está guardado en la orientación de un imán, y un imán no necesita que le recuerden hacia dónde apunta.
07 · Fuera del laboratorio
Dónde ya la usas sin saberlo
La espintrónica no es una tecnología futura. Salió del laboratorio hace casi treinta años y hoy está dentro de objetos que usas todos los días.
El primer producto espintrónico masivo
La magnetorresistencia gigante, descubierta en 1988, permitió cabezales lectores tan sensibles que la densidad de los discos creció varios órdenes de magnitud. Fert y Grünberg recibieron el Nobel de Física en 2007 por ese hallazgo.
Memoria magnética que ya se vende
Las grandes fundiciones de semiconductores ofrecen MRAM como memoria embebida en microcontroladores, autos e industria, donde conservar los datos sin alimentación vale más que la última fracción de velocidad.
La brújula del teléfono y del auto
Los mismos apilamientos magnéticos, usados como sensores de campo, miden la posición de un cigüeñal, la corriente en un cable o la orientación de un teléfono.
Lo que no cambió
La banda magnética de una tarjeta guarda información en imanes, pero es magnetismo clásico, no espintrónica: se lee moviendo la tarjeta, no midiendo espines.
08 · Vocabulario
Glosario
09 · Para seguir
Lecturas
Cuatro puntos de entrada, del más divulgativo al más técnico.
10 · Contacto
Claudio González Fuentes
Profesor Asistente del Instituto de Física de la Pontificia Universidad Católica de Chile. Investigador responsable de tres proyectos FONDECYT consecutivos, con dos patentes de invención concedidas.
Si eres estudiante y algo de todo esto te dio curiosidad, escribe. Hay trabajo para físicos, pero también para quien sepa electrónica, óptica o programar instrumentos.