Los científicos han logrado un gran avance en el desarrollo de una nueva generación de productos electrónicos que requerirá menos energía y generará menos calor.

Implica explotar las complejas propiedades cuánticas de los electrones; en este caso, el estado de espín de los electrones.

En una primicia mundial los investigadores, dirigidos por un equipo de físicos de la Universidad de Leeds, han anunciado en la revista Avances de la ciencia que han creado un "condensador de espín" que es capaz de generar y mantener el estado de espín de los electrones durante varias horas.

Los intentos anteriores solo han mantenido el estado de giro durante una fracción de segundo.

En electrónica, un condensador contiene energía en forma de carga eléctrica. Un condensador de giro es una variación de esa idea:en lugar de mantener solo la carga, también almacena el estado de giro de un grupo de electrones; de hecho, "congela" la posición de giro de cada uno de los electrones.

Esa capacidad de capturar el estado de giro abre la posibilidad de que se puedan desarrollar nuevos dispositivos que almacenen información de manera tan eficiente que los dispositivos de almacenamiento podrían volverse muy pequeños. Un condensador de giro de tan solo una pulgada cuadrada podría almacenar 100 Terabytes de datos.

Dr. Oscar Céspedes, Profesor asociado de la Facultad de Física y Astronomía que supervisó la investigación, dijo:"Este es un avance pequeño pero significativo en lo que podría convertirse en una revolución en la electrónica impulsada por la explotación de los principios de la tecnología cuántica.

"En este momento, hasta el 70 por ciento de la energía utilizada en un dispositivo electrónico, como una computadora o un teléfono móvil, se pierde en forma de calor, y esa es la energía que proviene de los electrones que se mueven a través de los circuitos del dispositivo. Da lugar a enormes ineficiencias y limita las capacidades y la sostenibilidad de las tecnologías actuales. La huella de carbono de Internet ya es similar a la de los viajes aéreos y aumenta año tras año.

"Con efectos cuánticos que utilizan elementos ligeros y ecológicos, no puede haber pérdida de calor. Significa que el rendimiento de las tecnologías actuales puede continuar desarrollándose de una manera más eficiente y sostenible que requiere mucha menos energía ".

Dr. Matthew Rogers, uno de los autores principales, también de Leeds, comentó:"Nuestra investigación muestra que es posible que los dispositivos del futuro no tengan que depender de discos duros magnéticos. En su lugar, tendrán condensadores de espín que funcionan con luz, lo que los haría muy rápidos, o por un campo eléctrico, lo que los haría extremadamente eficientes energéticamente.

"Este es un avance emocionante. La aplicación de la física cuántica a la electrónica dará como resultado dispositivos nuevos y novedosos".

Cómo funciona un condensador de giro

En informática convencional, la información se codifica y almacena como una serie de bits:p. ej. ceros y unos en un disco duro. Esos ceros y unos se pueden representar o almacenar en el disco duro mediante cambios en la polaridad de diminutas regiones magnetizadas del disco.

Con tecnología cuántica, Los condensadores de espín podían escribir y leer información codificada en el estado de espín de los electrones mediante el uso de campos eléctricos o de luz.

El equipo de investigación pudo desarrollar el condensador de espín mediante el uso de una interfaz de materiales avanzada hecha de una forma de carbono llamada buckminsterfullereno (buckyballs), óxido de manganeso y un electrodo magnético de cobalto. La interfaz entre el nanocarbono y el óxido puede atrapar el estado de espín de los electrones.

El tiempo que tarda el estado de giro en decaer se ha ampliado mediante el uso de la interacción entre los átomos de carbono de las buckybolas y el óxido metálico en presencia de un electrodo magnético.

Algunas de las instalaciones experimentales más avanzadas del mundo se utilizaron como parte de la investigación.

Los investigadores utilizaron el Sincrotrón ALBA en Barcelona, ​​que utiliza aceleradores de electrones para producir luz de sincrotrón que permite a los científicos visualizar la estructura atómica de la materia e investigar sus propiedades. La espectroscopia de espín de muón de baja energía en el Instituto Paul Scherrer en Suiza se utilizó para monitorear los cambios de espín local bajo luz y radiación eléctrica dentro de una milmillonésima parte de un metro dentro de la muestra. Un muón es una partícula subatómica.

Los resultados del análisis experimental se interpretaron con la ayuda de científicos informáticos del Consejo de Instalaciones Técnicas y Científicas del Reino Unido. hogar de una de las supercomputadoras más poderosas del Reino Unido.

Los científicos creen que los avances que han logrado pueden basarse en más notablemente hacia dispositivos que pueden mantener el estado de giro durante períodos de tiempo más largos.