La electrónica de la computadora se está reduciendo a tamaños lo suficientemente pequeños como para que las mismas corrientes eléctricas subyacentes a sus funciones ya no puedan usarse para cálculos lógicos como lo hicieron sus antepasados ​​a mayor escala. Una puerta lógica tradicional basada en semiconductores llamada puerta mayoritaria, por ejemplo, salidas de corriente para que coincida con el estado "0" o "1" que comprenden al menos dos de sus tres corrientes de entrada (o equivalentemente, 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 onda giratoria, hecho de itrio-hierro-granate, surge de un nuevo centro de investigación colaborativa financiado por la Fundación de Investigación Alemana, llamado Spin + X. El trabajo también ha sido apoyado por la Unión Europea dentro del proyecto InSpin y se ha realizado en colaboración con el instituto belga de investigación en nanotecnología 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 los espines, con la luz, la materia, los 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 que buscamos 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 utiliza vibraciones en el giro colectivo de un material magnético, creando esencialmente ondas de magnetización a nanoescala que luego pueden interferir para producir cálculos booleanos.

"Tienes momentos magnéticos atómicos en tu 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 en la interferencia de estas ondas. Si utiliza excitaciones de ondas en lugar de corrientes, [...] puede utilizar la interferencia de ondas, y eso tiene ciertas ventajas ".

El uso de la interferencia de onda para producir la salida de la puerta mayoritaria proporciona dos parámetros para usar en el control de la información:la amplitud de la onda, y fase. En principio, eso hace que este concepto sea más eficiente también, ya que una puerta mayoritaria puede sustituir hasta 10 transistores en los dispositivos electrónicos modernos.

"El dispositivo que estábamos investigando consta de tres entradas donde excitamos ondas y se combinan, "Dijo Fischer." Dependiendo de las fases de entrada en las que codifique la información, que determina la fase de la señal de salida, por eso, definir el estado de salida lógica '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 un eventual uso a gran escala, demuestra claramente la aplicabilidad de los fenómenos de ondas de espín para el procesamiento de información confiable 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 puerta en sí. Si lo hace, puede mejorar la funcionalidad, reduciendo su sensibilidad a las fluctuaciones de campo no deseadas. Además, La nanoescala aumentará las velocidades de las ondas de giro, lo que permitirá un aumento de la velocidad de cálculo.

"Nuestro objetivo es la miniaturización del dispositivo, y cuanto más pequeño hagas el dispositivo, cuanto menos sensible se vuelve a estas influencias, "Dijo Fischer." Si miras cuántas longitudes de onda encajan en esta longitud de propagación, cuantos menos hay, menor influencia tiene un cambio de longitud de onda en la salida. Así que, básicamente, reducir la escala del dispositivo también conllevaría más beneficios ".

Es más, como antenas, un solo dispositivo se puede operar en múltiples frecuencias simultáneamente. Esto permitirá la computación en paralelo utilizando el mismo "núcleo" de un futuro procesador de ondas de giro.

"Uno de mis colegas en Kaiserslautern se dedica a la multiplexación y demultiplexación de ondas de espín, ", Dijo Fischer." También vamos en esa dirección, utilizar múltiples frecuencias y eso sería un buen complemento [...] para esta puerta de la mayoría ".