Templado útil en la fabricación de un sistema de almacenamiento informático y procedimiento de obtención.

La invención describe un templado, útil como nanomolde para la obtención de un sistema que comprende dicho templado y dots magnéticos. Dicho sistema es útil para el almacenamiento informático de datos de forma magnética, permitiendo la elaboración, por ejemplo, de un disco duro. La invención describe asimismo un procedimiento para su preparación. Dicho procedimiento comprende la obtención de un templado mediante la reconstrucción superficial de un sustrato de Au(111) y la deposición de un elemento del grupo de las tierras raras por la técnica de epitaxia de rayo molecular sobre el sustrato de Au(111) previamente reconstruido. A continuación sobre el templado así obtenido, se hace crecer un recubrimiento que consiste en una red periódica de islas de un metal ferromagnético, por ejemplo Co

Templado útil en la fabricación de un sistema de almacenamiento informático y procedimiento de obtención.

Campo de la invención

La presente invención se encuadra dentro del campo de la nanociencia y nanotecnología, más en concreto en la física de superficies. En particular la presente invención se relaciona con sistemas útiles para el almacenamiento informático de datos de forma magnética, empleando una red de islas de un metal ferromagnético como medio de grabación magnética, y permitiendo la elaboración, por ejemplo, de un disco duro con elevadas capacidades para almacenar información con densidades que se aproximan a los 40 Teradot/in².

Antecedentes de la invención

La grabación magnética fue introducida hace algo más de cincuenta años en los sistemas informáticos de la época mediante discos duros que en sus comienzos resultaron muy costosos y de grandes dimensiones, pero que supusieron una revolución en el campo de almacenaje de la información. Con el tiempo los discos duros fueron mejorándose reduciéndose el tamaño y los costes de producción hasta que en la década de los ochenta se introdujeron en los ordenadores personales. En el momento actual los discos duros producidos han alcanzado dimensiones y capacidades de almacenaje inimaginables en los comienzos, incorporándose a diferentes dispositivos electrónicos como portátiles, MP3 players, video cámaras, consolas, etc... que han sido asimilados por la sociedad de consumo transformándose en elementos fundamentales para la vida diaria. La capacidad de los actuales discos supera los 700 GB con una densidad de bit por unidad de área de alrededor de 130 GB/in² lo cual contrasta con los 2 KB/in² del primer disco duro [R. Sbiaa, S. N. Piramanayagam. Recent Patents on Nanotechnology 1, 29-40 (2007).].

En los primeros discos rígidos se utilizaron óxidos de hierro magnéticos, pero a medida que se fue incrementando la densidad de información se hizo necesario cambiar a otros materiales con más posibilidades y agregar capas adicionales que ayuden a mejorar la estabilidad magnética. Sin embargo la tecnología base que hay detrás del almacenamiento de datos sigue siendo la misma que en sus comienzos; se hace necesaria la presencia de un medio magnético donde grabar la información y de una cabeza lectora/escritora de esta información. El medio magnético consiste en un sustrato recubierto por un material magnético permanente que permite almacenar la información magnéticamente, y la cabeza lectora/escritora consiste en un electroimán que está localizado muy próximo al medio magnético, funcionando de manera distinta si se encuentra en modo de lectura o escritura [J. Phys. D: Appl. Phys. 32 (1999) R147-R168.]. Los enormes avances tecnológicos que han experimentado cada uno de los componentes asociados con el proceso de escritura y lectura han hecho posible una reducción enorme en el tamaño de los componentes del disco duro. En particular la gran disminución en el tamaño de grano ha posibilitado aumentar la capacidad de almacenaje de los discos duros, y reducir en gran medida la señal de ruido que está asociada a la granularidad del medio magnético [R. L. White. JMMM 209 (2000) 1-5.]. Sin embargo, la drástica reducción en el tamaño de grano parece ir acompañada de una inestabilidad térmica de la información almacenada, que puede comenzar a ser crítica a partir de volúmenes de grano pequeños [R. Sbiaa, S. N. Piramanayagam. Recent Patents on Nanotechnology 1, 29-40 (2007)]. En este punto recobra importancia la anisotropía magnética, ya que una reducción muy abrupta del volumen de grano podría únicamente ser compensada con un aumento en la anisotropía del sistema. El producto K_u•V (donde K_u es la constante de anisotropía y V es el volumen de grano) representa la barrera energética que la partícula debería sobrepasar para modificar su magnetización en la dirección contraria. El límite de reducción de esta barrera es la energía térmica k_B•T (k_B representa la constante de Boltzman y T es la temperatura, T > 300 K en la mayoría de discos duros). En este punto crítico se estaría próximo al límite que se conoce como superparamagnético, que podría limitar la evolución en la capacidad de grabación de los medios magnéticos. Indudablemente se sabe que el uso de materiales con altas anisotropías implica altos campos coercitivos que deberían poder ser alcanzados técnicamente con el fin de poder escribir y borrar la información magnética.

Una alternativa para no frenar esta evolución y superar los inconvenientes del límite superparamagnético fue propuesta por la ya desaparecida "IBM storage división" en 1990, y consistía en el uso de dos capas ferromagnéticas separadas por una fina capa no magnética de rutenio con el fin de acoplarlas antiferromagnéticamente [S. S. P. Parkin, N. More, K. P. Roche. Phys. Rev. Lett. 64, 2304-2307 (1990)]. De esta manera se estabilizó la magnetización de los bits permitiéndose reducir aun más el tamaño de los granos de las capas magnéticas que en el momento actual se encuentra alrededor de 7 nm [R. Sbiaa, S. N. Piramanayagam. Recent Patents on Nanotechnology 1, 29-40 (2007)].

Otra nueva estrategia planteada y que constituye una nueva vía de desarrollo hacia más altas densidades del medio magnético supone la sustitución de la grabación magnética paralela empleada hasta ahora por la grabación perpendicular, incorporándose ya este tipo de lectura a los más novedosos discos duros. Con la grabación perpendicular se confiere mayor estabilidad a los bits reduciendo el factor de demagnetización entre bits adyacentes con magnetizaciones opuestas. De ésta manera la zona de transición (no magnética) entre bits se puede reducir, y consecuentemente la densidad de bits por área se puede aumentar. Adicionalmente la nueva arquitectura asociada a la escritura perpendicular es capaz de generar campos magnéticos dos veces más altos, lo cual es fundamental si cada vez se emplean materiales con más altas anisotropías magnéticas que confieren mayor estabilidad a los bits almacenados pero que requieren mayores campos coercitivos para poder ser tratados. En este contexto se plantea el conseguir alcanzar densidades de bits por área en el rango de los Terabits/in² y de diseñar medios magnéticos que cubran estas necesidades.

Para poder superar esta frontera con éxito se plantea el diseño de nuevos medios mucho más optimizados. Actualmente cada bit contiene cientos de granos del medio magnético, y la alta granularidad puede llegar a afectar las fronteras que definen cada bit produciendo una señal de ruido. Por ello se ha planteado el diseño de medios magnéticos formados por una red de unidades magnéticas perfectamente ordenadas y homogéneas donde cada unidad o isla es capaz de almacenar un bit individual.

Estos medios se preparan actualmente mediante diversos métodos que están fundamentalmente basados en técnicas litográficas [R. Sbiaa, S. N. Piramanayagam. Recent Patents on Nanotechnology 1, 29-40 (2007)].

Sin embargo, estos métodos implican el empleo de costosas y complicadas técnicas para su puesta en práctica, lo que encarece los medios obtenidos. Además éstos no cumplen satisfactoriamente las expectativas en cuanto a eficacia.

Por tanto sigue existiendo la necesidad en el estado de la técnica de desarrollar nuevos medios con alta capacidad de almacenaje que resulten flexibles, y económicos, así como nuevos procedimientos más sencillos para su obtención.

Breve descripción de las figuras

Fig. 1: Imagen de STM (V_bias = -1.5 V) de un templado de la invención que muestra la estructura de superred formada por la aleación superficial de Gd y Au con resolución atómica:(a) Imagen de la superficie de un área de 50 nm x 50 nm; (b) Imagen 3-dimensional en un área de 15 nm x 15 nm, que muestra las ondulaciones de la superficie que sirven de centros de nucleación para el crecimiento de las islas de Co.

Fig. 2: Imagen de STM (V_bias = -1.0 V) de las islas de Co evaporadas sobre la estructura de superred del templado de la invención mostrado en la Figura 1. La densidad de las islas en la imagen es de 38 Teradots/inch².

Fig. 3: Ciclos de histéresis medidos a 300 K mediante la técnica de magnetómetro de muestra vibrante, en un PPMS Quantum Design 9T con el campo magnético aplicado perpendicular al plano de la muestra, y paralelo al plano de la muestra. El ciclo de histéresis se detecta únicamente en la geometría perpendicular.

1. Templado que comprende un sustrato de Au(111) sobre el que se ha evaporado un elemento seleccionado del grupo formado por lantano, cerio, praseodimio, neodimio, samario, europio, gadolinio, terbio, disprosio, holmio, erbio, tulio, iterbio, lutecio, escandio e ytrio, el cual presenta una aleación superficial de Au y dicho elemento, cuyo espesor está comprendido entre 1 y 3 capas atómicas y presenta estructura de superred.

2. Templado según la reivindicación 1, que presenta una superred con periodicidad de 38 \pm 2 Å de una aleación de Gd y Au.

3. Templado según la reivindicación 2, que presenta una estequiometría de GdAu₂ medida con espectroscopia de fotoelectrones mediante rayos X.

4. Sistema útil para la grabación magnética de datos y su almacenaje que comprende:

(i) un templado según se define en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, y

(ii) un recubrimiento sobre la superred de aleación de dicho templado que consiste en una red periódica de islas de un metal ferromagnético.

5. Sistema según la reivindicación 4 en el que el metal ferromagnético de las islas se selecciona de entre Co, Ni, Fe y sus aleaciones.

6. Sistema según la reivindicación 5, en el que el metal de las islas es Co.

7. Sistema según la reivindicación 6, en el que el templado presenta una superred de Au-Gd y las islas de Co presentan diámetros de 3.8 nm, con alturas de 3.6 Å medidas mediante STM y una densidad de 38 Teradot/in².

8. Sistema según la reivindicación 6, en el que el templado presenta una superred de Au-Gd y las islas de Co presentan diámetros de 4.0 nm, con alturas de 4.6 Å medidas mediante STM y una densidad de 36 Teradot/in².

9. Sistema según una cualquiera de las reivindicaciones 4 a 8, que comprende además un soporte caracterizado porque permite el crecimiento de una capa de Au(111).

10. Sistema según la reivindicación 9, en el que el soporte es un sustrato de mica.

11. Procedimiento para la preparación de un templado según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, que comprende:

a) reconstrucción superficial de un sustrato de Au(111);

b) evaporación sobre el sustrato obtenido en la etapa a) de un elemento seleccionado del grupo formado por lantano, cerio, praseodimio, neodimio, samario, europio, gadolinio, terbio, disprosio, holmio, erbio, tulio, iterbio, lutecio, escandio e ytrio mediante la técnica de epitaxia de rayo molecular.

12. Procedimiento según la reivindicación 11 en el que la etapa b) se realiza en presiones del orden de 1x10^-9 mbar y con una temperatura de substrato de entre 500-550 K.

13. Procedimiento según la reivindicación 11, en el que el sustrato de Au(111) de partida se selecciona entre un monocristal de Au(111) y un sustrato que comprende una capa de Au(111) evaporada sobre un soporte, preferiblemente un sustrato de mica.

14. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 11 a 13, en el que se evaporan entre 10 y 16 Å de Gd con una velocidad de deposición de 2 Å/min.

15. Procedimiento para la preparación de un sistema que comprende: