La memoria de la computadora moderna codifica la información mediante la conmutación de bits magnéticos dentro de los dispositivos. Ahora, Un estudio pionero realizado por investigadores de NUS Electrical and Computer Engineering ha encontrado una nueva forma eficiente de usar 'ondas de giro' para cambiar la magnetización a temperatura ambiente para dispositivos lógicos y de memoria de giro más eficientes desde el punto de vista energético.

Los chips electrónicos tradicionales sufren un considerable "calor Joule, "que ocurre debido al flujo de una corriente eléctrica que produce altas temperaturas. Es causado por el movimiento rápido y la colisión frecuente entre cargas en movimiento dentro de los dispositivos. Este problema grave no solo causa una gran cantidad de disipación de energía, pero también obstaculiza la velocidad de procesamiento del chip y limita la cantidad de chips que se pueden incorporar a los dispositivos.

"Siempre encontramos tales problemas e inconvenientes cuando usamos nuestros teléfonos, computadoras y otros dispositivos electrónicos. A menudo encontramos que estos dispositivos se vuelven 'calientes' y 'lentos, ' es más, necesitamos cargarlos con frecuencia y a veces tenemos que traer otro cargador portátil, "explicó el profesor Yang Hyunsoo, el líder del equipo de esta investigación.

Entonces, en lugar de adoptar métodos estándar de inyección de electrones utilizados en la electrónica tradicional, El equipo del profesor Yang utilizó de forma creativa "ondas giratorias" para cambiar la magnetización. Las ondas de giro propagan perturbaciones en el orden de los materiales magnéticos, y desde el punto de vista de las cuasipartículas, Las ondas de giro se conocen como "magnones".

El equipo construyó un sistema de dos capas que consta de un canal de transporte magnón antiferromagnético y una fuente de espín aislante topológico. En un mundo primero Luego demostraron con éxito la conmutación de magnetización impulsada por ondas de giro en la capa ferromagnética adyacente con una alta eficiencia a temperatura ambiente.

El nuevo esquema de conmutación basado en ondas de giro puede evitar cargas móviles. Por lo tanto, Se esperaría mucho menos disipación de calor y energía Joule para los dispositivos. El avance de la conmutación basada en ondas de espín podría abrir una nueva vía para chips energéticamente eficientes.

Los resultados del estudio se publicaron el 29 de noviembre de 2019 en Ciencias .

Ondas giratorias y torque magnon

"Las ondas de espín (magnones) pueden entregar información de espín incluso en aisladores sin involucrar cargas en movimiento. Esta propiedad única permite potencialmente una propagación de espín más prolongada pero con una disipación menor en comparación con los espines de electrones, "explicó el Dr. Wang Yi, el primer autor de este trabajo.

"Entonces podemos controlar la magnetización si transferimos la información de espín de los magnones a la magnetización local, que puede entenderse como 'pares magnéticos, '", dijo el Dr. Wang. Así como una fuerza lineal es un empujón o un tirón, un momento de torsión se puede considerar como una torsión de un objeto. "Por eso, esta nueva forma de manipular la magnetización se puede utilizar para futuros dispositivos de memoria y lógica de datos, "añadió.

Posibles aplicaciones y próximos pasos

"Nuestro trabajo muestra en primer lugar que el par magnon es suficiente para cambiar la magnetización a temperatura ambiente. Incluso la eficiencia del par magnon es comparable con la eficiencia del par de giro eléctrico que se perseguía anteriormente. Creemos que se puede mejorar sustancialmente mediante dispositivos de ingeniería, para que el par magnon sea más eficiente energéticamente, "Dijo el profesor Yang.

"Sabemos que el par de giro eléctrico ha abierto la era para las aplicaciones de dispositivos espintrónicos, como las memorias magnéticas de acceso aleatorio (MRAM). Creemos que nuestro informe del nuevo esquema de par magnon para la conmutación de magnetización es una idea revolucionaria en la espintrónica. dinamizar no solo una nueva área de investigación en magnónica, sino también dispositivos prácticos operados por magnones, "Dijo el Dr. Wang.

Próximo, El equipo de investigación desarrollará aún más la eficiencia de los pares magnones y explorará todos los dispositivos magnones sin involucrar partes eléctricas. Además, la frecuencia de operación de las ondas de espín está en el rango de terahercios. Los dispositivos de terahercios pueden transmitir datos a velocidades significativamente más altas de lo que es posible actualmente. "Por lo tanto, Los dispositivos magnon basados ​​en torque permitirán la implementación de aplicaciones de ultra alta velocidad en el futuro, "Dijo el profesor Yang.