Con el rápido avance de la miniaturización, el procesamiento de datos utilizando corrientes eléctricas se enfrenta a desafíos difíciles, algunos de los cuales son insuperables. Las ondas de espín magnéticas son una alternativa prometedora para la transferencia de información en chips aún más compactos. Científicos en Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf HZDR, como parte de una empresa de investigación internacional, ahora ha logrado generar ondas de espín con longitudes de onda extremadamente cortas en el rango de nanómetros, una característica clave para su futura aplicación.
Más pequeño, más rápido, más eficiente en el consumo de energía: este es el mantra para el desarrollo posterior de computadoras y teléfonos móviles que actualmente está progresando a un ritmo impresionante. Sin embargo, el Dr. Sebastian Wintz del Instituto HZDR de Física y Materiales del Haz IónicoLa investigación sabe muy bien cuán difícil es lograr un mayor grado de miniaturización. "Un problema importante con las tecnologías actuales", dijo, "es el calor que se genera cuando los datos se transmiten con la ayuda de corrientes eléctricas.necesita un nuevo concepto ". El físico está trabajando con colegas internacionales en las llamadas ondas de espín magnones que reemplazarán las cargas móviles en el futuro como portadores de información. Los científicos han logrado por primera vez generar ondas de espín delongitudes de onda tan cortas que tienen potencial para futuras aplicaciones en el procesamiento de datos.
Las ondas de giro reemplazan la corriente eléctrica
El giro denota una propiedad que presta a las partículas un momento magnético. Luego actúan como pequeños imanes que corren paralelos entre sí en materiales ferromagnéticos. Si uno de los giros cambia de dirección, esto tiene un efecto de activación en sus vecinosUna reacción en cadena da lugar a una onda de rotación.
El procesamiento de la información se basa actualmente en corrientes eléctricas. Las partículas cargadas se aceleran a través de una red de cables cada vez más apretados, impulsados por el deseo de chips cada vez más compactos. En su camino, los electrones chocan con los átomos,haciendo que se balanceen hacia adelante y hacia atrás en la red cristalina, generando calor. Si los cables están demasiado juntos, este calor ya no se puede disipar y el sistema se descompone. "La gran ventaja de las ondas de giro es que los electrones mismos no"No se mueva ", explicó Wintz," por lo tanto, el flujo de datos produce un calor muy pequeño ".
vórtice magnético como una nano antena
El enfoque tradicional adoptado para generar ondas de espín es usar pequeñas antenas de metal que generan magnones cuando son impulsadas por una corriente alterna de alta frecuencia. La longitud de onda más pequeña que se puede generar de esta manera será aproximadamente del tamaño de la antena que se usaAquí es precisamente donde el principal problema radica en que se requieren pequeñas longitudes de onda en la escala nanométrica para satisfacer la demanda de una miniaturización cada vez mayor. Sin embargo, actualmente no es posible fabricar antenas de alta frecuencia tan pequeñas.
El equipo de investigación de Alemania, Suiza y EE. UU. Ahora ha logrado generar ondas de giro de longitud de onda extremadamente corta de una manera completamente nueva. Como antena formada naturalmente, utilizan el centro de un vórtice magnético que se produce en un pequeño,Disco ferromagnético ultrafino: debido al tamaño limitado del disco, los giros no se alinean en paralelo de la forma habitual, sino que se encuentran a lo largo de círculos concéntricos en el plano del disco. Esto, a su vez, fuerza los giros desde un área pequeña en elcentro del disco, que mide solo unos pocos nanómetros de diámetro, para enderezarse y, por lo tanto, apuntar lejos de la superficie del disco. Si esta región central está sujeta a un campo magnético alterno, se produce una onda de rotación.
Sin embargo, se necesitan algunos trucos más para acortar la longitud de onda según sea necesario. En consecuencia, se coloca un segundo disco pequeño en el primero, separado por una capa delgada, no magnética. Cuando esta capa de separación se fabrica con unespesor específico, entonces los dos discos interactúan de tal manera que provocan un acoplamiento antiferromagnético entre los discos los espines intentan apuntar en direcciones opuestas lo que reduce la longitud de onda de las ondas de espín emitidas muchas veces ".¿Cómo llegamos a un resultado que sea relevante para la tecnología de la información ", agregó Wintz.
Propiedades atractivas para aplicaciones
Los científicos no solo demostraron las longitudes de onda cortas de las ondas de espín generadas de esta manera, sino que también pudieron revelar otras propiedades de onda que podrían ser muy útiles para futuras aplicaciones. Con la ayuda de películas de alta velocidad tomadas con rayos XEl microscopio perteneciente al Instituto Max Planck para Sistemas Inteligentes en Stuttgart que está instalado en Helmholtz-Zentrum Berlin demostró que la longitud de onda se puede ajustar con precisión mediante la selección de la frecuencia de excitación. También se realizaron mediciones similares en el Paul ScherrerInstituto en Suiza. Los resultados son consistentes con un modelo teórico que fue desarrollado específicamente para este estudio en la Universidad de Oakland en los Estados Unidos. Además, se predijo un fenómeno notable, que hasta ahora no se ha visto directamente en los experimentos: la velocidaden el que las ondas de giro viajan se calculó que dependía en gran medida de su dirección de propagación hacia adelante o hacia atrás, otro punto que podríald habilita una gran cantidad de aplicaciones en el procesamiento de señales.
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Materiales proporcionado por Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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