En los últimos años, el procesamiento electrónico de datos ha evolucionado en una sola dirección: la industria ha reducido sus componentes al rango nanométrico. Pero este proceso ahora está llegando a sus límites físicos. Investigadores del Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf HZDRpor lo tanto, están explorando ondas de espín o los llamados magnones, una alternativa prometedora para transportar información en microchips más compactos. Cooperando con socios internacionales, han generado y controlado con éxito ondas de espín de longitud de onda extremadamente corta. Los físicos lograron esta hazaña al aprovechar un sistema naturalfenómeno magnético, como explican en el diario Nanotecnología de la naturaleza .
Durante mucho tiempo, ha habido una regla general confiable en el mundo de la tecnología de la información: la cantidad de transistores en un microprocesador se duplica aproximadamente cada dos años. El aumento del rendimiento resultante nos trajo las oportunidades digitales que ahora damos por sentado,desde Internet de alta velocidad hasta el teléfono inteligente. Pero a medida que los conductores en el chip se vuelven cada vez más pequeños, estamos comenzando a enfrentar problemas, como explica el Dr. Sebastian Wintz del Instituto de Investigación de Física y Materiales del Haz Iónico del HZDR: "Los electrones que fluyen a travésnuestros microprocesadores modernos calientan el chip debido a la resistencia eléctrica. Más allá de cierto punto, los chips simplemente fallan porque el calor ya no puede escapar ". Esto también evita un aumento adicional en la velocidad de los componentes".
Esta es la razón por la cual el físico, que también trabaja actualmente en el Instituto Paul Scherrer PSI en Suiza, visualiza un futuro diferente para los portadores de información. En lugar de corrientes eléctricas, Wintz y sus colegas están aprovechando una propiedad específica de electrones llamada"giro". Las pequeñas partículas se comportan como si estuvieran girando constantemente alrededor de su propio eje, creando así un momento magnético. En ciertos materiales magnéticos, como el hierro o el níquel, los giros son típicamente paralelos entre sí. Si la orientación de estos girosse cambia en un lugar, esa interrupción viaja a las partículas vecinas, desencadenando una onda de rotación que se puede utilizar para codificar y distribuir información. "En este escenario, los electrones permanecen donde están", dice Wintz, describiendo su ventaja.apenas genera calor, lo que significa que los componentes basados en espín pueden requerir mucha menos energía ".
¿Cómo podemos controlar la ola?
Sin embargo, hasta ahora, ha habido dos desafíos fundamentales que complican el uso de ondas de giro: las longitudes de onda que se pueden generar no son lo suficientemente cortas para las estructuras de tamaño nanométrico en los chips, y no hay forma de controlar las ondas.Sebastian Wintz y sus compañeros de trabajo ahora han podido encontrar soluciones a ambos problemas. "A diferencia de las antenas hechas artificialmente que se emplean comúnmente para excitar las olas, ahora utilizamos una que se forma naturalmente dentro del material", dijo el primer autor deel estudio explica el Dr. Volker Sluka. "Para este fin, fabricamos microelementos que comprenden dos discos ferromagnéticos que se acoplan antiferromagnéticamente a través de un espaciador de rutenio. Además, elegimos el material de los discos para que los espines prefieran alinearse a lo largo de un determinadoeje en el espacio, lo que da como resultado el patrón magnético deseado ".
Dentro de las dos capas, esto crea áreas de diferente magnetización, separadas por lo que se llama una pared de dominio. Luego, los científicos expusieron las capas a campos magnéticos alternando con una frecuencia de un gigahercio o más. Usando un microscopio de rayos X delEl Instituto Max Planck para Sistemas Inteligentes de Stuttgart, que opera en el Helmholtz-Zentrum Berlin, pudieron observar que las ondas de giro con frentes de onda paralelos viajan a lo largo de la dirección perpendicular a la pared de dominio ". En experimentos anteriores, las ondas de la onda"Se parece a las que se obtienen cuando una piedra golpea la superficie del agua", informa Sluka. "Esto no es óptimo, porque la oscilación decae rápidamente a medida que la onda se extiende en todas las direcciones. Para permanecer en la misma analogía, las ondas ahora parecen como sifueron producidos por una larga barra que se mueve hacia adelante y hacia atrás en el agua "
Como lo han demostrado las imágenes de rayos X, estas ondas de rotación pueden viajar varios micrómetros a longitudes de onda de solo unos 100 nanómetros, sin ninguna pérdida significativa de señal, un requisito previo necesario para usarlas en la tecnología de la información moderna. Además, los físicos tienendescubrió una posible forma de controlar este nuevo portador de información cuando establecieron la frecuencia de estimulación por debajo de medio gigahercio. Las ondas de rotación permanecieron atrapadas en la pared del dominio: "En este escenario, las ondas incluso podían correr en una curva".Volker Sluka, y agregó: "Sin embargo, aún pudimos detectar las señales". Con sus resultados, los investigadores han sentado bases importantes para el desarrollo de circuitos basados en ondas de espín.
Sebastian Wintz predice: "A la larga, esto podría facilitar un diseño completamente novedoso de microprocesadores:" Con el uso de campos magnéticos, podemos mover paredes de dominio con relativa facilidad. Eso significa que los chips que funcionan con ondas de giro no necesariamente necesitan un predefinidoarquitectura, pero luego se pueden cambiar y adaptar para cumplir nuevas tareas ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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