Sacar electrones a dar una vuelta por las calles nanoscópicas de un dispositivo digital, sin perder el control, ha desafiado a los investigadores durante años.

Pero mantener ese control mientras las partículas subatómicas corren hacia los procesadores podría producir un trofeo siempre preciado:más barato, dispositivos más rápidos y mucho más eficientes energéticamente.

Es posible que Evgeny Tsymbal y Lingling Tao acabaran de ondear la bandera verde, o al menos abandonaron la blanca. Los físicos de la Universidad de Nebraska-Lincoln han identificado un material cuya estructura cristalina podría sostener mejor el giro de un electrón:una propiedad que, similar a cargar, puede representar bits de información en dispositivos digitales.

Las CPU estándar leen las cantidades de carga eléctrica como 1 o 0, con esa carga abriendo o cerrando una puerta que regula el flujo de electrones. De la misma manera, Los dispositivos espintrónicos pueden leer la orientación del giro de un electrón:hacia arriba o hacia abajo. Los dispositivos que pueden hablar ambos idiomas digitales (carga y giro) están preparados para procesar y almacenar información a velocidades que superan fácilmente a los dispositivos disponibles en el mercado actual.

Sin embargo, la orientación de espín de un electrón puede cambiar por un capricho cuántico, ya menudo lo hace. Eso es un problema para los ingenieros eléctricos.

Una solución prometedora implica aplicar voltaje a la puerta que ya dicta el flujo de electrones. El voltaje esencialmente puede "escribir" el giro de esos electrones como hacia arriba o hacia abajo mientras fluyen, pero las imperfecciones inevitables en la estructura nanoscópica de un dispositivo también alterarán su impulso. Y debido a que el impulso afecta el giro, un cambio en la velocidad o trayectoria de los electrones puede cambiar sus estados de giro previstos antes de que sean leídos por un procesador, potencialmente resultando en un galimatías.

"El proceso se convierte básicamente en un giro aleatorio, "dijo Tsymbal, Catedrático de Física y Astronomía de la Universidad George Holmes. "Cuando los electrones llegan a la región donde deberían detectarse, pierden la información codificada en su orientación de giro ".

Introduzca un material conocido como óxido de bismuto indio. Según cálculos realizados por el Holland Computing Center de la universidad, el material cristalino presenta un conjunto de simetrías atómicas que parecen fijar el giro de un electrón en una determinada dirección que es independiente de su impulso. Si es verdad, los ingenieros podrían comenzar a usar voltaje para dictar el giro sin preocuparse por cómo los defectos afectan el impulso de un electrón.

Las simetrías atómicas del óxido de bismuto indio probablemente existan en otros materiales cristalinos, Tsymbal dijo:lo que significa que es probable que los científicos de materiales descubran otros candidatos.

"Una vez que un material tiene esta simetría cristalina particular, se puede afirmar que este material también debería tener la propiedad de sostener el giro, "dijo Tsymbal, director del Centro de Ciencia e Ingeniería de Investigación de Materiales de Nebraska.

Los dispositivos espintrónicos ya consumen sustancialmente menos energía que los dispositivos electrónicos estándar. Tsymbal dijo que el potencial de escribir la orientación de giro utilizando voltaje en lugar de corriente eléctrica podría hacer que los dispositivos sean aún más eficientes, potencialmente hasta 1, 000 veces más.

"La espintrónica también es una investigación relacionada con la energía, porque al ahorrar energía en nuestros dispositivos electrónicos, reducimos el consumo de energía, "Tsymbal dijo." Este es un tema muy importante ".

Tsymbal y Tao, investigador postdoctoral en física y astronomía, informó sus hallazgos en la revista Comunicaciones de la naturaleza .