La historia de éxito del procesamiento de información mediante el movimiento de electrones está llegando lentamente a su fin. La tendencia hacia chips cada vez más compactos constituye un gran desafío para los fabricantes, ya que la creciente miniaturización crea problemas físicos en parte irresolubles. Es por eso que las ondas magnéticas de espín podrían ser el futuro:son más rápidas que los portadores de carga electrónicos y consumen menos energía. Investigadores de Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) y TU Dresden han desarrollado un método para controlar la propagación de estos portadores de información a nivel nanométrico de una manera específica y sencilla; hasta aquí, esto requirió mucho poder. Por lo tanto, han creado una base para nanocircuitos que utilizan ondas de giro.

"Nuestro procesamiento de información actual se basa en electrones, "explica el Dr. Helmut Schultheiß del Instituto de Investigación de Materiales y Física de Rayos de Iones del HZDR". Estas partículas cargadas fluyen a través de los cables, creando corrientes eléctricas. Sin embargo, en el proceso chocan con los átomos y pierden energía, que se escapa al enrejado cristalino en forma de calor. Esto significa que los chips se calientan aún más, cuanto más cerca estén agrupados los elementos sobre ellos. Eventualmente fallan porque el calor ya no se puede transmitir ". Por eso Schultheiß, jefe de un grupo de investigación Emmy Noether Junior, persigue un enfoque diferente:transporte de información a través de ondas de espín, también conocido como magnones.

El momento magnético de los electrones.

Spin es el término que usan los científicos para describir el momento angular de los electrones que giran alrededor de su propio eje. Hace que las partículas eléctricas se comporten como imanes extremadamente pequeños. Es por eso que se alinean de manera paralela en materiales ferromagnéticos. "Si uno guía un giro en una dirección diferente, esto tendrá un impacto también en los giros vecinos, "Schultheiß explica." Esto crea una onda de giro que viaja a través del cuerpo sólido. Se puede utilizar para transportar y procesar información al igual que los portadores de carga fluida ". Sin embargo, los electrones mismos no se mueven en este caso. "No chocan con nada y, por tanto, apenas generan calor".

Sin embargo, para prevalecer en la carrera por futuros métodos de procesamiento de información, Se necesitan sistemas que permitan controlar la propagación de ondas de espín a nivel nanométrico. "Hasta aquí, Los enfoques hacia una solución se basaron en trayectorias de conductores predefinidas geométricamente o en el uso permanente de campos magnéticos externos. "dice Schultheiß, explicando el estado actual de la investigación. "En el caso de la primera solución, la ruta de propagación no se puede cambiar; sin embargo, esto es necesario para el desarrollo de circuitos flexibles. El segundo método resuelve ese problema, sin embargo, al precio de un enorme aumento en el consumo de energía ".

Ruta de propagación controlada

Los científicos han desarrollado con éxito un nuevo procedimiento para la dirección dirigida de ondas de espín utilizando características magnéticas básicas:remanencia, es decir, el magnetismo residual que retiene un cuerpo sólido después de la eliminación de un campo magnético, y la formación de los llamados muros de dominio. "Este término denota el área en cuerpos sólidos donde se encuentran dominios magnéticos alineados de manera diferente, "Schultheiß explica. Los investigadores de HZDR crearon una pared de dominio de este tipo dentro de una nanoestructura de aleación de níquel-hierro en un experimento. Luego desencadenaron una onda de giro usando microondas. Como han demostrado sus pruebas, las ondas de giro de una cierta frecuencia se atascaron en la pared del dominio, porque los diferentes dominios magnéticos actúan como barreras. "En un sentido, se podría decir que creamos una carretera con una barrera de choque a lo largo de la cual las ondas giratorias viajan de manera controlada, "Schultheiß describe alegremente el resultado.

Sin embargo, los físicos de Dresde pudieron celebrar otro éxito más. Manipularon el curso de la pared del dominio por medio de pequeños campos magnéticos externos de muy por debajo de un militesla, unas cien veces más débil que un imán de herradura comercial. Al hacerlo, también manipularon la propagación de las ondas de giro. "Esta podría ser la base para un diseño de nanocircuitos reconfigurables que utiliza magnones, "Schultheiß dice, evaluando las opciones. Aún así, el investigador piensa que es probable que pasen varios años antes de la aplicación. "Todavía estamos en la fase de investigación básica. Sin embargo, nuestros resultados revelan que estamos en algo bueno ".