Un equipo internacional de Delft, Lancaster, Nijmegen, Kiev y Salerno han demostrado una nueva técnica para generar ondas magnéticas que se propagan a través del material a una velocidad mucho más rápida que la velocidad del sonido.

Estas llamadas ondas de giro producen mucho menos calor que las corrientes eléctricas convencionales, lo que los convierte en candidatos prometedores para futuros dispositivos de computación con un consumo de energía significativamente reducido.

Los físicos e ingenieros de todo el mundo piensan constantemente en formas de mejorar el rendimiento de los dispositivos de procesamiento de datos. Muchas de sus ideas giran en torno a la sustitución de las corrientes eléctricas, que llevan las señales en la electrónica convencional, con olas. Las ondas son excitaciones coherentes, lo que significa que la información se puede codificar tanto en la amplitud como en la fase de la onda. Interferencia y difracción, fenómenos naturales para una ola de cualquier naturaleza, permitir la creación de los llamados circuitos lógicos basados ​​en ondas, los pequeños bloques de construcción para futuras aplicaciones de procesamiento de datos. Dado que las ondas viajan a través de materiales con una resistencia significativamente menor que las corrientes eléctricas, tienen el potencial de reducir drásticamente el consumo de energía en la informática futura.

Girar ondas en antiferromagnetos

Ondas magnéticas, también llamadas ondas de giro, son uno de los candidatos más prometedores para dispositivos lógicos basados ​​en ondas. Los experimentos que utilizan ondas de giro en imanes regulares (ferro) han demostrado que es posible construir pequeños dispositivos lógicos sin utilizar corrientes eléctricas. Los ferromagnetos se caracterizan por una magnetización neta. Debido a esto último, podemos escribir y leer información magnética en ferroimanes con la ayuda de un campo magnético externo.

En años recientes, ha habido un cambio de enfoque hacia el uso de antiferromagnetos. En materiales antiferromagnéticos, los momentos magnéticos microscópicos de los átomos vecinos (los espines) están estrechamente acoplados y alternan entre dos orientaciones opuestas, de modo que no haya magnetización neta. La existencia de este orden alterno conduce a velocidades de propagación de ondas de espín significativamente más altas y la posibilidad de frecuencias de reloj operacionales de terahercios (billones de hercios). Sin embargo, La ausencia de magnetización también hace que los antiferromagnetos sean magnéticamente "invisibles":es muy difícil de detectar e influir en el orden antiferromagnético. La práctica ha demostrado que generar y detectar ondas de espín que pueden moverse a través de medios antiferromagnéticos es aún más difícil. Como resultado, Los conceptos de computación basados ​​en ondas de espín antiferromagnéticas han existido hasta ahora como un campo teóricamente atractivo pero experimentalmente inexplorado de oportunidades emocionantes. Por tanto, es de crucial importancia encontrar nuevas formas de controlar los "momentos magnéticos" en los antiferromagnetos.

El equipo internacional de investigadores ha logrado crear ondas magnéticas coherentes de tamaño nanométrico en un antiferromaimán que viajan a velocidades supersónicas a través del material. Su truco consistía en utilizar pulsos de luz ultracortos para crear y detectar estas ondas de giro. "Si bien sabíamos que los pulsos de luz ultracortos son capaces de influir en las propiedades magnéticas de los materiales antiferromagnéticos, la posibilidad de lanzar ondas de espín de propagación de longitud de onda corta con luz todavía era bastante inesperada ", dice el investigador Jorrit Hortensius de la Universidad Tecnológica de Delft. "Esto se debe a que los pulsos de luz carecen del impulso necesario para crear ondas de espín de longitud de onda corta o gran impulso".

Una patada ultrarrápida local

Se sabe desde hace algunos años que los pulsos de luz ultracortos pueden ser la clave para crear ondas de espín de propagación de alta frecuencia. En un picosegundo (una millonésima de millonésima de segundo), tales pulsos pueden sacudir el sistema magnético ordenado e iniciar el movimiento magnético en antiferromagnetos. Sin embargo, normalmente, el área excitada permanece localizada y no admite la propagación. Hacer que la excitación viajara a través del material requería otro ingrediente oculto. "La mayoría de los materiales antiferromagnéticos son dieléctricos, lo que significa que son transparentes para la luz visible. En su lugar, usamos luz ultravioleta que se absorbe fuertemente, de modo que solo agitemos los espines muy cerca de la superficie del material, dentro de la denominada profundidad de la piel ", dice el investigador Dmytro Afanasiev. "La combinación de la patada ultrarrápida con el fuerte confinamiento en la superficie del material resultó ser la combinación para inducir la propagación de ondas de giro antiferromagnéticas".

Las ondas de giro tienen longitudes de onda de alrededor de 100 nm, que es mucho más pequeño que la longitud de onda de la luz. Esto hace que los investigadores crean que podrían haber creado ondas de giro aún más pequeñas, aunque no puedan observarlos con sus instrumentos actuales. Jorrit Hortensius:"Como las ondas de espín con longitudes de onda muy pequeñas son las más interesantes para crear elementos computacionales muy compactos, tenemos mucha curiosidad por saber cuál es el límite ".

Este trabajo acerca a la realidad los futuros dispositivos de ondas de espín en antiferromagnetos. Rostislav Mikhaylovskiy de la Universidad de Lancaster dice:"Tradicionalmente, los materiales antiferromagnéticos se han considerado prácticamente inútiles ya que no poseen magnetización. Sin embargo, muy recientemente, las funciones únicas de los antiferromagnetos provocaron un verdadero auge en sus estudios. Creemos que nuestros hallazgos estimularán más investigaciones sobre las ondas de espín antiferromagnéticas y, finalmente, llevarán un dispositivo lógico basado en antiferromagnéticos al alcance práctico, lo que podría abrir la puerta a una reducción radical de la potencia necesaria para la informática ".