Los científicos del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) y el Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT) han demostrado una forma potencialmente nueva de hacer interruptores dentro de los chips de procesamiento de una computadora. permitiéndoles utilizar menos energía e irradiar menos calor.

El equipo ha desarrollado una técnica práctica para controlar magnones, que son esencialmente ondas que viajan a través de materiales magnéticos y pueden transportar información. El uso de magnones para el procesamiento de información requiere un mecanismo de conmutación que pueda controlar la transmisión de una señal magnon a través del dispositivo.

Mientras que otros laboratorios han creado sistemas que transportan y controlan magnones, El enfoque del equipo trae dos importantes novedades:sus elementos pueden construirse sobre silicio en lugar de sustratos exóticos y costosos, como han exigido otros enfoques. También funciona de manera eficiente a temperatura ambiente, en lugar de requerir refrigeración. Por estas y otras razones, este nuevo enfoque podría ser empleado más fácilmente por los fabricantes de computadoras.

"Este es un componente básico que podría allanar el camino hacia una nueva generación de tecnología informática altamente eficiente, "dijo el miembro del equipo Patrick Quarterman, físico del Centro de Investigación de Neutrones del NIST (NCNR). "Otros grupos han creado y controlado magnones en materiales que no se integran bien con chips de computadora, mientras que el nuestro está construido sobre silicio. Es mucho más viable para la industria ".

Magnones, también llamadas ondas de giro, aprovecharía la propiedad del espín del electrón para transferir información. Una de las razones por las que los chips de computadora se calientan tanto es que en un circuito convencional, los electrones viajan de un lugar a otro, y su movimiento genera calor. Un magnon, sin embargo, se mueve a través de una larga cadena de electrones, que por sí mismos no necesitan viajar. En lugar de, La dirección de giro de cada electrón, que es un poco como una flecha que se extiende a través del eje de una peonza giratoria, influye magnéticamente en la dirección de giro del siguiente electrón en la línea. Al ajustar el giro del primer electrón se envía una onda de cambios de giro que se propaga por la cuerda. Debido a que los electrones mismos no se moverían, resultaría mucho menos calor.

Debido a que la cadena de electrones se extiende de un lugar a otro, el magnon puede transportar información a medida que viaja por la cadena. En chips basados ​​en tecnología magnon, las alturas de onda más grandes y más pequeñas (amplitudes) podrían representar unos y ceros. Y debido a que la altura de las olas puede cambiar gradualmente, un magnon podría representar valores entre uno y cero, dándole más capacidades que las que tiene un conmutador digital convencional.

Si bien estas ventajas han hecho que el procesamiento de información basado en magnones sea una idea tentadora en teoría, Hasta ahora, la mayoría de las estructuras exitosas se han construido dentro de múltiples capas de películas delgadas que se asientan sobre una base de granate de galio y gadolinio, en lugar de sobre el silicio del que están hechos los chips comerciales. Este material "GGG" sería prohibitivamente caro de producir en masa.

"Es un divertido campo de juegos de física que demuestra los principios básicos, Quarterman dijo:"pero no es práctico para la producción a escala industrial".

Sin embargo, Yabin Fan y sus colegas del MIT utilizaron un enfoque de ingeniería creativa para colocar las películas delgadas sobre una base de silicio. Su objetivo era construir su sistema sobre el material con el que la industria informática ha estado acostumbrada a trabajar durante mucho tiempo. permitiendo así que los magnones interactúen con la tecnología informática convencional.

Inicialmente, su creación de múltiples capas no se comportó como se esperaba, pero los científicos del NCNR utilizaron una técnica llamada reflectometría de neutrones para explorar el comportamiento magnético dentro del dispositivo. Los neutrones revelaron una interacción inesperada pero ventajosa entre dos de las capas de película delgada:Dependiendo de la cantidad de campo magnético aplicado, los materiales se ordenan a sí mismos de diferentes maneras que podrían representar el estado "encendido" o "apagado" de un interruptor, así como posiciones entre encendido y apagado, por lo que es similar a una válvula.

"A medida que baja el campo magnético, la dirección cambia, "dijo Fan, un asociado postdoctoral en el departamento de ingeniería eléctrica del MIT. "Los datos son muy claros y nos mostraron lo que estaba sucediendo a diferentes profundidades. Hay un acoplamiento muy fuerte entre las capas".

El interruptor magnon podría resultar útil en dispositivos que también realizan otro tipo de cálculo. Los interruptores digitales convencionales solo pueden existir en estados de encendido o apagado, pero debido a que la amplitud de la onda de giro puede cambiar gradualmente de pequeña a grande, Es posible que los magnones puedan usarse en aplicaciones de computación analógica, donde el interruptor tiene valores entre 0 y 1.

"Es por eso que consideramos que esto es más como una válvula, "Quarterman dijo." Puede abrirlo o cerrarlo poco a poco ".

Esta historia se vuelve a publicar por cortesía de NIST. Lea la historia original aquí.