Imagine un futuro en el que las computadoras puedan aprender y tomar decisiones de manera que imiten el pensamiento humano, pero a una velocidad y eficiencia que sean órdenes de magnitud mayores que la capacidad actual de las computadoras.
Un equipo de investigación de la Universidad de Wyoming ha creado un método innovador para controlar pequeños estados magnéticos dentro de imanes ultrafinos bidimensionales (2D) de Van der Waals, un proceso similar a cómo accionar un interruptor de luz controla una bombilla.
"Nuestro descubrimiento podría conducir a dispositivos de memoria avanzados que almacenen más datos y consuman menos energía o permitir el desarrollo de tipos de computadoras completamente nuevos que puedan resolver rápidamente problemas que actualmente son intratables", dice Jifa Tian, profesor asistente en el Departamento de Ciencias de la Salud de la Universidad de Washington. Física y Astronomía y director interino del Centro de Ingeniería y Ciencia de la Información Cuántica de la Universidad de Washington.
Tian es autor correspondiente de un artículo titulado "Tunelización de estados de giro controlados por corriente en imanes de van der Waals de pocas capas", publicado en Nature Communications. .
Los materiales de Van der Waals están formados por capas 2D fuertemente unidas que están unidas en la tercera dimensión mediante fuerzas de Van der Waals más débiles. Por ejemplo, el grafito es un material de Van der Waals que se utiliza ampliamente en la industria en electrodos, lubricantes, fibras, intercambiadores de calor y baterías. La naturaleza de las fuerzas de Van der Waals entre las capas permite a los investigadores utilizar cinta adhesiva para pelar las capas hasta obtener un espesor atómico.
El equipo desarrolló un dispositivo conocido como unión de túnel magnético, que utiliza triyoduro de cromo (un imán aislante 2D de sólo unos pocos átomos de espesor) intercalado entre dos capas de grafeno. Al enviar una pequeña corriente eléctrica, llamada corriente de túnel, a través de este sándwich, se puede dictar la dirección de orientación del imán de los dominios magnéticos (de alrededor de 100 nanómetros de tamaño) dentro de las capas individuales de triyoduro de cromo, dice Tian.
Específicamente, "esta corriente de túnel no sólo puede controlar la dirección de conmutación entre dos estados de espín estables, sino que también induce y manipula la conmutación entre estados de espín metaestables, llamada conmutación estocástica", dice ZhuangEn Fu, estudiante graduado en el laboratorio de investigación de Tian y ahora estudiante postdoctoral. becario de la Universidad de Maryland.
"Este avance no sólo es intrigante; es muy práctico. Consume tres órdenes de magnitud menos de energía que los métodos tradicionales, similar a cambiar una bombilla vieja por una LED, lo que lo convierte en un potencial cambio de juego para la tecnología futura", dice Tian. "Nuestra investigación podría conducir al desarrollo de nuevos dispositivos informáticos que sean más rápidos, más pequeños, más eficientes energéticamente y más potentes que nunca. Nuestra investigación marca un avance significativo en el magnetismo en el límite 2D y sienta las bases para nuevas y potentes plataformas informáticas. , como las computadoras probabilísticas."
Las computadoras tradicionales usan bits para almacenar información como 0 y 1. Este código binario es la base de todos los procesos informáticos clásicos. Las computadoras cuánticas utilizan bits cuánticos que pueden representar "0" y "1" al mismo tiempo, lo que aumenta exponencialmente la potencia de procesamiento.
"En nuestro trabajo, hemos desarrollado lo que se podría considerar un bit probabilístico, que puede cambiar entre '0' y '1' (dos estados de giro) basándose en las probabilidades controladas de la corriente de túnel", dice Tian. "Estos bits se basan en las propiedades únicas de los imanes 2D ultrafinos y pueden unirse entre sí de una manera similar a las neuronas del cerebro para formar un nuevo tipo de computadora, conocida como computadora probabilística".
"Lo que hace que estas nuevas computadoras sean potencialmente revolucionarias es su capacidad para manejar tareas que son increíblemente desafiantes para las computadoras tradicionales e incluso cuánticas, como ciertos tipos de tareas complejas de aprendizaje automático y problemas de procesamiento de datos", continúa Tian. "Son naturalmente tolerantes a los errores, de diseño simple y ocupan menos espacio, lo que podría conducir a tecnologías informáticas más eficientes y potentes".
Hua Chen, profesor asociado de física en la Universidad Estatal de Colorado, y Allan MacDonald, profesor de física en la Universidad de Texas-Austin, colaboraron para desarrollar un modelo teórico que aclara cómo las corrientes de túnel influyen en los estados de espín en las uniones de túneles magnéticos 2D. Otros contribuyentes fueron de la Universidad Penn State, la Universidad Northeastern y el Instituto Nacional de Ciencia de Materiales en Namiki, Tsukuba, Japón.
Más información: ZhuangEn Fu et al, Túneles de estados de espín controlados por corriente en imanes de van der Waals de pocas capas, Nature Communications (2024). DOI:10.1038/s41467-024-47820-5
Información de la revista: Comunicaciones sobre la naturaleza
Proporcionado por la Universidad de Wyoming
