Un material de un átomo de grosor promete reducir en 90% el consumo de los chips de memoria

Un equipo de científicos suecos de la Universidad Tecnológica de Chalmers ha presentado un avance que podría cambiar el futuro del almacenamiento digital. El grupo ha creado un material de un átomo de grosor en el que coexisten dos fuerzas magnéticas opuestas: el ferromagnetismo y el antiferromagnetismo. Este hallazgo, publicado en Advanced Materials, elimina la necesidad de recurrir a los sistemas complejos y multicapa que hasta ahora dominaban la industria de la memoria, con el potencial de reducir el consumo de energía en un factor de diez.

El material está compuesto por una aleación de cobalto, hierro, germanio y telurio. Sus capas se mantienen unidas por fuerzas de van der Waals, en lugar de enlaces químicos, lo que simplifica la fabricación y mejora la fiabilidad del sistema. Según el investigador principal, Dr. Bing Zhao, esta estructura genera un campo interno con una alineación magnética inclinada que permite a los electrones cambiar de dirección de manera rápida y eficiente, sin necesidad de campos magnéticos externos que consumen enormes cantidades de energía.

“La inclinación en la alineación magnética facilita que los electrones cambien de dirección de manera rápida y sencilla, sin recurrir a campos magnéticos externos, que tradicionalmente son muy costosos en términos energéticos”, explicó Zhao.

El logro supone la primera integración exitosa de estas fuerzas en un solo cristal bidimensional y abre la puerta a un nuevo paradigma en la ingeniería de chips de memoria, con implicaciones tanto en la computación de alto rendimiento como en la electrónica de consumo masivo.

El peso energético de la memoria digital

El descubrimiento llega en un contexto marcado por la creciente crisis energética digital. Los expertos advierten que el procesamiento de datos podría llegar a representar hasta un 30% del consumo energético mundial en las próximas décadas, impulsado por el auge de la inteligencia artificial y el crecimiento explosivo de los centros de datos.

Solo en Estados Unidos, las instalaciones dedicadas a la IA ya consumen cerca del 4,4% de toda la electricidad del país, y se estima que esta cifra podría triplicarse antes de 2028. Una parte significativa de ese gasto proviene de las unidades de memoria, componentes fundamentales en ordenadores, teléfonos móviles, vehículos autónomos y, sobre todo, en los servidores que entrenan y ejecutan modelos de IA.

“Estamos ante un cuello de botella energético sin precedentes”, señaló el profesor Saroj P. Dash, líder del proyecto. “La memoria es uno de los grandes devoradores de energía en la era digital. Si queremos que la inteligencia artificial continúe avanzando sin poner en riesgo los sistemas eléctricos globales, necesitamos materiales más eficientes”.

El desarrollo del equipo sueco aparece, por tanto, como una solución crítica en un momento en el que la demanda energética crece más rápido que la capacidad de integrar energías renovables en la red eléctrica.

Del laboratorio a la industria

El siguiente reto será trasladar esta innovación desde el laboratorio a la producción industrial. La investigación en materiales bidimensionales ha experimentado un auge desde el descubrimiento del grafeno hace más de una década, pero su aplicación masiva sigue siendo un desafío. En este caso, la combinación de elementos metálicos y semimetálicos en un cristal atómico ultrafino representa una novedad que, según los investigadores, resulta más estable y más sencilla de fabricar que otros materiales experimentales.

El equipo de Chalmers destaca que la clave del éxito está en la integración “preensamblada” de las fuerzas magnéticas. “En lugar de diseñar capas y capas de materiales distintos para obtener un comportamiento magnético híbrido, aquí tenemos un sistema en el que las dos fuerzas coexisten de manera natural. Es como si hubiéramos encontrado un imán perfecto en miniatura, listo para ser usado en chips de memoria sin necesidad de estructuras complicadas”, explicó Dash.

La posibilidad de producir este material a escala industrial todavía requiere de investigación adicional, pero la comunidad científica ya lo percibe como un candidato serio para una nueva generación de memorias no volátiles, capaces de almacenar información con un gasto mínimo y velocidades superiores a las actuales.

Implicaciones para la inteligencia artificial y la vida cotidiana

Si el material llega a aplicarse comercialmente, sus consecuencias serían enormes. Para los centros de datos de IA, podría significar una reducción drástica en los costes de operación y en la huella de carbono. Con un 90% menos de consumo, los servidores que hoy necesitan cantidades gigantescas de electricidad para procesar lenguaje natural, generar imágenes o entrenar algoritmos complejos, podrían funcionar con una fracción de esa energía.

En el terreno de los dispositivos móviles, el impacto sería igualmente transformador. Los teléfonos inteligentes, que dedican buena parte de su batería a tareas de memoria, podrían extender su autonomía de manera considerable. Los ordenadores portátiles consumirían menos y generarían menos calor, lo que además permitiría diseños más ligeros y eficientes.

En el sector del automóvil eléctrico y autónomo, donde la memoria es crucial para procesar en tiempo real millones de datos de sensores, la innovación podría mejorar la eficiencia de la batería y aumentar la autonomía de los vehículos.

Los investigadores también apuntan a la computación cuántica y a la electrónica de bajo consumo como campos donde este material bidimensional podría tener un papel decisivo, al ofrecer un rendimiento estable en condiciones extremas y con una eficiencia nunca antes vista.