La electrónica de la computadora se está reduciendo a tamaños lo suficientemente pequeños como para que las corrientes eléctricas subyacentes a sus funciones ya no puedan usarse para cálculos lógicos en la forma de sus antepasados a mayor escala. Una puerta lógica tradicional basada en semiconductores llamada puerta mayoritaria, paraPor ejemplo, la corriente de salida coincide con el estado "0" o "1" que comprende al menos dos de sus tres corrientes de entrada o equivalente, tres voltajes. Pero, ¿cómo se construye una puerta lógica para dispositivos demasiado pequeños para la física clásica?
Una demostración experimental reciente, cuyos resultados se publican esta semana en letras de física aplicada , de AIP Publishing, utiliza la interferencia de ondas de espín - ondas sincrónicas de alineación de espín de electrones observadas en sistemas magnéticos. El prototipo de puerta mayoritaria de ondas de espín, hecho de Yttrium-Iron-Garnet, surge de una nueva investigación colaborativacentro financiado por la Fundación Alemana de Investigación, llamado Spin + X. El trabajo también ha sido apoyado por la Unión Europea dentro del proyecto InSpin y se ha llevado a cabo en colaboración con el instituto de investigación de nanotecnología belga IMEC.
"El lema del centro de investigación Spin + X es 'girar en su entorno colectivo', por lo que básicamente tiene como objetivo investigar cualquier tipo de interacción de giros, con luz, materia y electrones, etc.", dijo Tobias Fischer,estudiante de doctorado en la Universidad de Kaiserslautern en Alemania y autor principal del artículo: "Más o menos la imagen principal a la que apuntamos es emplear ondas de espín en el procesamiento de la información. Las ondas de espín son las excitaciones fundamentales de los materiales magnéticos".
Entonces, en lugar de usar corrientes o voltajes eléctricos clásicos para enviar información de entrada a una puerta lógica, el equipo internacional con sede en Kaiserslautern usa vibraciones en un giro colectivo de un material magnético, esencialmente creando ondas de magnetización a nanoescala que luego pueden interferir para producir cálculos booleanos.
"Tiene momentos magnéticos atómicos en su material magnético que interactúan entre sí y debido a esta interacción, hay excitaciones en forma de onda que pueden propagarse en materiales magnéticos", dijo Fischer. "El dispositivo particular que estábamos investigando se basa enla interferencia de estas ondas. Si usa excitaciones de onda en lugar de corrientes [...] entonces puede hacer uso de la interferencia de onda, y eso tiene ciertas ventajas ".
El uso de interferencia de onda para producir la salida de la puerta mayoritaria proporciona dos parámetros para usar en el control de la información: la amplitud y la fase de la onda. En principio, esto hace que este concepto sea más eficiente también ya que una puerta mayoritaria puede sustituir hasta 10 transistores en la electrónica modernadispositivos.
"El dispositivo que estábamos investigando consta de tres entradas donde excitamos las ondas y se combinan", dijo Fischer. "Dependiendo de las fases de entrada donde codifica la información, eso determina la fase de la señal de salida, por lo tanto, define la lógicaestado de salida '0' o '1'. Eso es en realidad procesamiento de información y eso es lo que queremos "
Este primer prototipo de dispositivo, aunque físicamente más grande de lo que Fischer y sus colegas ven para su uso eventual a gran escala, demuestra claramente la aplicabilidad de los fenómenos de ondas de espín para el procesamiento confiable de información en frecuencias de GHz.
Debido a que las longitudes de onda de estas ondas de giro se reducen fácilmente a la nanoescala, también aunque quizás no tan fácilmente puede ser el dispositivo de compuerta en sí. Hacerlo en realidad puede mejorar la funcionalidad, reduciendo su sensibilidad a las fluctuaciones de campo no deseadas. Además, el nanoescalado aumentará las velocidades de las ondas de rotación que permitirán un aumento en la velocidad de cálculo.
"Lo que buscamos es la miniaturización del dispositivo, y cuanto más pequeño sea el dispositivo, menos sensible será a estas influencias", dijo Fischer. "Si observa cuántas longitudes de onda se ajustan a esta longitud de propagación, elmenos hay, menos influencia tiene un cambio de la longitud de onda en la salida. Así que, básicamente, reducir el tamaño del dispositivo también tendría más beneficios ".
Además, al igual que las antenas, un solo dispositivo puede funcionar a múltiples frecuencias simultáneamente. Esto permitirá la computación paralela utilizando el mismo "núcleo" de un futuro procesador de ondas de espín.
"Uno de mis colegas en Kaiserslautern se dedica a la multiplexación y desmultiplexación de ondas giratorias", dijo Fischer. "También vamos en esa dirección, para usar frecuencias múltiples y eso sería un buen complemento [...] paraesta puerta mayoritaria "
Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por Instituto Americano de Física . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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