Por primera vez, Los investigadores han demostrado una nueva forma de realizar funciones esenciales para la computación futura tres órdenes de magnitud más rápido que los dispositivos comerciales actuales. El equipo dirigido por el profesor asociado Shinobu Ohya creó un dispositivo semiconductor espintrónico a nanoescala que puede cambiar parcialmente entre estados magnéticos específicos billones de veces por segundo (terahercios — THz), mucho más allá de las frecuencias de los dispositivos en la actualidad.

Existe una gran posibilidad de que haya comprado una computadora o un teléfono inteligente en algún momento de esta década. Cuando miraste la descripción, Es posible que haya notado que la velocidad de estos dispositivos a menudo se mide en gigahercios (GHz). En el presente, la mayoría de los dispositivos tienen unos pocos gigahercios. Pero el progreso se acelera, y los investigadores buscan nuevas formas de aumentar la frecuencia y el rendimiento de los dispositivos. Para tal fin, Investigadores de UTokyo de la Escuela de Graduados de Ingeniería y la Escuela de Graduados de Ciencias Fronterizas están explorando el campo emergente de la espintrónica.

"Espero que nuestra investigación conduzca a dispositivos de memoria y lógica basados ​​en espintrónica, "dijo Ohya." En décadas, la gente debería ver los centros de datos y los teléfonos inteligentes espintrónicos. Nos daríamos cuenta de increíbles ganancias de rendimiento en áreas como la inteligencia artificial y más ".

Espintrónica, también conocido como "electrónica giratoria, "explota una propiedad intrínseca de los electrones llamada espín, responsable del comportamiento magnético, para realizar funciones. Por ejemplo, la computación se basa en estados conmutables de un material físico como una forma de transferir información. Famosamente, los unos y ceros que comprenden el código binario están representados por los niveles de voltaje en los cables de comunicación o los estados magnéticos de un metal magnético en un disco duro. Cuanto más rápido sea el cambio entre estados, cuanto mayor sea el rendimiento del dispositivo. En dispositivos espintrónicos, los estados de magnetización de espín discretos representan dígitos binarios.

Una forma en que los investigadores crean esta propiedad es irradiar un material magnético especial con pulsos cortos pero de alta frecuencia de radiación de terahercios. similar a la de los escáneres corporales de aeropuertos. La radiación invierte los giros de electrones en este material, el arseniuro de manganeso ferromagnético (MnAs), y por lo tanto su magnetización, en menos de un picosegundo, tres órdenes de magnitud más rápido que los transistores cambian en microchips. Otros investigadores han intentado esto antes, pero el cambio magnético en respuesta a los pulsos fue solo del 1 por ciento, demasiado pequeño para ser de uso práctico.

Ahora, sin embargo, Ohya y su equipo demostraron con éxito un cambio de mayor magnitud en la magnetización de nanopartículas de MnAs sometidas a pulsos de terahercios. Esta mayor respuesta del 20 por ciento significa que podría ser más útil en la investigación y sugiere posibles aplicaciones futuras. Su truco consistía en aprovechar el componente eléctrico de la radiación electromagnética de terahercios en lugar del componente magnético.

"Hasta ahora, los investigadores en esta área usaban películas de metales ferromagnéticos para estudiar la modulación de magnetización en terahercios, pero estos impidieron la energía de la radiación, "dijo Ohya." En su lugar, incrustamos nuestras nanopartículas ferromagnéticas en una película semiconductora de 100 nanómetros de espesor. Esto dificulta la radiación mucho menos, por lo que el campo eléctrico de terahercios alcanza y cambia los giros de manera uniforme, y por tanto magnetización, de las nanopartículas ".