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Cómo procesar información cinco veces más rápido que un transistor

Investigadores de la Universidad Autónoma de Madrid han propuesto una forma alternativa de utilizar las llamadas ondas de espín para diseñar nuevos dispositivos espintrónicos. Estos cumplirían las mismas funciones que los actuales dispositivos electrónicos, pero con ahorros de energía y con una durabilidad y rendimiento mucho mayores, así como con frecuencias de operación mucho más elevadas.

A la izquierda, simulación de propagación de ondas de espín, que se propagan sobre todo por el borde y son capaces de cambiar su dirección. En el centro, interferencia constructiva (esquina 2) del campo magnético (ondas de espín de borde). A la derecha, interferencia destructiva (ondas en oposición de fase). / UAM

El procesamiento de datos basado en el espín o 'giro' del electrón (espintrónica o magnósnica) es una tecnología muy prometedora en el futuro cercano. Este procesamiento se realiza sin desplazamiento de portadores de carga eléctrica (como ocurre en la electrónica), lo que reduce drásticamente la disipación energética. El producto final son dispositivos ultrarápidos que prácticamente no se calientan en su operación.

Ahora, basándose en tecnología magnónica, el grupo MAGNETRANS de la Universidad Autónoma de Madrid (UAM) ha logrado desarrollar un método de propagación y procesamiento de la información hasta unas cinco veces más rápido que los actuales.

El trabajo aprovecha las propiedades únicas de las llamadas 'ondas de espín de borde' para programar elementos lógicos

El trabajo, que aprovecha las propiedades únicas de las “ondas de espín de borde” para programar elementos lógicos, ha sido publicado en Scientific Reports y se encuentra en proceso de patente.

Bordes de nanoestructuras magnéticas

Una de las técnicas más perseguidas para llevar a cabo una nueva generación de dispositivos es el aprovechamiento de las ondas de espín. Esto consiste en que, en lugar de desplazamiento de carga, los momentos magnéticos de los átomos puedan orientarse en cualquier dirección del espacio, dando lugar a oscilaciones colectivas en las que unos afectan a los otros. Estos movimientos colectivos pueden dar lugar a propagación de ondas de espín, mediante las que se puede trasmitir información.

En la última década se ha avanzado considerablemente en el campo de las ondas de espín en nanoestructuras magnéticas. Hasta ahora, el mayor esfuerzo se ha puesto en conseguir propagar ondas de espín en una tira alargada de material ferromagnético. El mayor problema de este método es la dificultad de controlar su dirección de propagación y sus frecuencias (que superan por poco las de los transistores actuales).

Uno de los resultados más importantes es que el efecto conseguido es generalizable a estructuras de formas arbitrarias

En su trabajo, el equipo ha demostrado que las ondas de espín generadas localmente en una de las esquinas de un micro triángulo ferromagnético se propaguen por los bordes de la estructura y sean capaces de cambiar de dirección, de acuerdo con la forma de este.

Uno de los resultados más importantes de cara a implementar dispositivos reales con este nuevo método, es que dicho efecto es generalizable a estructuras de formas arbitrarias (por ejemplo rectángulos).

Ondas de espín

En 2013, el mismo equipo detectó por primera vez las ondas de espín en elementos magnéticos triangulares (bajo la influencia de un campo magnético paralelo a uno de los lados).

La existencia de ondas de espín en elementos triangulares fue confirmada ahora con un equipo de señales de alta frecuencia, más exactamente un analizador de redes vectorial.

“Así observamos que las ondas operan a frecuencias de hasta unos 15 GHz antes de atenuarse, en función del campo magnético aplicado sobre las nanoestructuras. Frecuencias mucho mayores que las alcanzadas por elementos semiconductores, como los empleados hoy en día”, detallan los autores.

Basándose en estos principios de operación, los autores han propuesto diferentes ejemplos de dispositivos que podrían utilizar estas ondas, como válvulas de ondas de espín e interferómetros.

Referencia bibliográfica:

Antonio Lara, Javier Robledo Moreno, Konstantin Y. Guslienko, Farkhad G. Aliev. Information processing in patterned magnetic nanostructures with edge spin waves. Scientific Reports. DOI: 10.1038/s41598-017-05737-8

Fuente: UAM
Derechos: Creative Commons

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