Los dispositivos electrónicos como los transistores son cada vez más pequeños y pronto llegarán a los límites del rendimiento convencional basado en corrientes eléctricas.

Dispositivos basados ​​en corrientes magnónicas:cuasi partículas asociadas con ondas de magnetización, o hacer girar ondas, en ciertos materiales magnéticos, transformaría la industria, aunque los científicos necesitan comprender mejor cómo controlarlos.

Ingenieros de la Universidad de California, Orilla, han dado un paso importante hacia el desarrollo de dispositivos magnónicos prácticos al estudiar, por primera vez, el nivel de ruido asociado con la propagación de la corriente magnon.

Ruido, o fluctuaciones en el flujo de una corriente, es una métrica importante para evaluar si un dispositivo electrónico es adecuado para aplicaciones prácticas. Dado que el ruido interfiere con el rendimiento de un dispositivo, una mejor comprensión de lo ruidosos que son los magnones ayudará a los ingenieros a desarrollar mejores dispositivos.

Toda la electrónica existente se basa en conductores de electricidad como metales o semiconductores. A medida que los electrones se mueven a través de estos materiales, experimentan dispersión, que resulta en resistencia eléctrica, calefacción, y disipación de energía. Cuando la corriente pasa a través de un cable o semiconductor, el inevitable calentamiento provoca una pérdida de energía. Los dispositivos y chips más pequeños con una mayor densidad de transistores aceleran la pérdida de energía debido al calentamiento. Los dispositivos que utilizan corrientes electrónicas convencionales están casi en el punto en el que no pueden hacerse más pequeños.

Una nueva clase de materiales posee propiedades magnéticas que se originan en el espín, un tipo de impulso innato. Trozos individuales, "o unidades de ondas de giro, se llaman magnones. Los magnones no son partículas verdaderas como los electrones, pero se comportan como partículas y pueden tratarse como tales.

Una onda de energía llamada onda de giro puede moverse a través de un material eléctricamente aislante para transmitir energía sin mover ningún electrón, como las personas que hacen la onda en un estadio. Esto significa que los magnones pueden propagarse sin generar mucho calor y sin perder mucha energía.

Un nuevo campo de la electrónica llamado magnonics intenta crear dispositivos para el procesamiento y almacenamiento de información. así como aplicaciones sensoriales, utilizando corrientes de magnones en lugar de electrones. Si bien el ruido de electrones se conoce desde hace mucho tiempo, nadie ha investigado el ruido magnon, hasta ahora.

Un equipo dirigido por Alexander Balandin, un distinguido profesor de ingeniería eléctrica e informática en la Facultad de Ingeniería Marlan y Rosemary Bourns de UC Riverside, creó un chip que generó una corriente magnónica, o girar la onda, entre antenas transmisoras y receptoras.

Los experimentos revelaron que los magnones no son tan ruidosos a niveles de baja potencia. Pero a niveles de alta potencia, el ruido se volvió inusual, dominado por amplias fluctuaciones, los investigadores llamaron ruido de señal de telégrafo aleatorio que interferiría con el rendimiento de un dispositivo. El ruido era notablemente diferente del producido por los electrones e identifica limitaciones sobre cómo construir dispositivos magnónicos.

"Los dispositivos magnónicos deben funcionar preferiblemente con niveles de potencia bajos, ", Dijo Balandin." Se puede decir que el ruido de los magnones es discreto a baja potencia, pero se vuelve alto y discreto en un cierto umbral de potencia. Esto constituye el discreto encanto de los dispositivos magnónicos. Nuestros resultados también nos dicen posibles estrategias para mantener el nivel de ruido bajo ".

¿El descubrimiento de características inusuales de ruido inhibiría el desarrollo de dispositivos magnónicos?

"No, el objetivo del procesamiento de la información es ir a baja potencia, "Dijo Balandin.

Por ahora, El grupo de investigación de Balandin está realizando experimentos con componentes genéricos para comprender los fundamentos. Sus primeros dispositivos experimentales son relativamente grandes. Planean investigar los mecanismos físicos del ruido magnon y probar una versión sustancialmente reducida de tales dispositivos.

El papel, "El ruido discreto de magnones, "es un artículo destacado en Letras de física aplicada , y también aparecerá en la portada de un próximo número. Además de Balandin, los autores son Sergey Rumyantsev, Mykhaylo Balinskyy, Fariborz Kargar, y Alexander Khitun.