Nuevo dispositivo a nanoescala para tecnología de espín

Investigadores de la Universidad de Aalto han desarrollado un nuevo dispositivo para espintrónica. Los resultados se han publicado en la revista Comunicaciones de la naturalezay marcar un paso hacia el objetivo de utilizar la espintrónica para fabricar chips y dispositivos de procesamiento de datos y tecnología de comunicación que sean pequeños y potentes.

La electrónica tradicional utiliza carga eléctrica para realizar cálculos que impulsan la mayor parte de nuestra tecnología diaria. Sin embargo, los ingenieros no pueden hacer que la electrónica haga cálculos más rápido, ya que la carga en movimiento genera calor, y estamos en los límites de cuán pequeños y rápidos pueden llegar los chips antes de sobrecalentarse. Debido a que la electrónica no se puede hacer más pequeña, existe la preocupación de que las computadoras no puedan volverse más poderosas y más baratas al mismo ritmo que lo han sido durante las últimas 7 décadas. Aquí es donde entra la espintrónica.

El «giro» es una propiedad de las partículas como los electrones de la misma manera que lo es la «carga». Los investigadores están entusiasmados con el uso de la rotación para realizar cálculos porque evita los problemas de calentamiento de los chips de computadora actuales. «Si usa ondas de giro, es transferencia de giro, no mueve la carga, por lo que no crea calentamiento», dice el profesor Sebastiaan van Dijken, quien dirige el grupo que escribió el artículo.

Materiales magnéticos a nanoescala

El dispositivo que fabricó el equipo es un resonador Fabry-Pérot, una herramienta bien conocida en óptica para crear haces de luz con una longitud de onda estrictamente controlada. La versión de onda de giro creada por los investigadores en este trabajo les permite controlar y filtrar ondas de giro en dispositivos que tienen solo unos pocos cientos de nanómetros de diámetro.

Los dispositivos se fabricaron intercalando capas muy delgadas de materiales con propiedades magnéticas exóticas una encima de la otra. Esto creó un dispositivo donde las ondas de giro en el material quedarían atrapadas y canceladas si no tuvieran la frecuencia deseada. “El concepto es nuevo, pero fácil de implementar”, explica el Dr. Huajun Qin, el primer autor del artículo, “el truco consiste en hacer materiales de buena calidad, que tenemos aquí en Aalto. El hecho de que no sea un desafío fabricar estos dispositivos significa que tenemos muchas oportunidades para nuevos trabajos emocionantes ‘.

Procesamiento de datos inalámbrico y computación analógica

Los problemas con la aceleración de la electrónica van más allá del sobrecalentamiento, también causan complicaciones en la transmisión inalámbrica, ya que las señales inalámbricas deben convertirse de sus frecuencias más altas a frecuencias que los circuitos electrónicos pueden manejar. Esta conversión ralentiza el proceso y requiere energía. Los chips de onda giratoria pueden funcionar en las frecuencias de microondas que se utilizan en las señales de teléfonos móviles y wifi, lo que significa que existe un gran potencial para que se utilicen en tecnologías de comunicación inalámbrica aún más rápidas y fiables en el futuro.

Además, las ondas de espín se pueden usar para hacer computación de formas que son más rápidas que la computación electrónica en tareas específicas ‘La computación electrónica usa lógica «booleana» o binaria para hacer cálculos’, explica el profesor van Dijken, ‘con ondas de espín, la información se lleva en la amplitud de la onda, lo que permite una computación de estilo más analógico. Esto significa que podría ser muy útil para tareas específicas como el procesamiento de imágenes o el reconocimiento de patrones. Lo mejor de nuestro sistema es que su estructura de tamaño significa que debería ser fácil de integrar en la tecnología existente ‘

Ahora que el equipo tiene el resonador para filtrar y controlar las ondas de giro, los siguientes pasos son hacer un circuito completo para ellas. «Para construir un circuito magnético, necesitamos ser capaces de guiar las ondas de giro hacia componentes funcionales, como lo hacen los canales eléctricos conductores en los microchips electrónicos. Estamos buscando hacer estructuras similares para dirigir las ondas de giro», explica el Dr. Qin.

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Más información

El artículo resonador Fabry-Pérot magnónico a nanoescala para manipulación de ondas de espín de baja pérdida se publica en Comunicaciones de la naturaleza. https: //doi.org /10.1038 /s41467-021-22520-6 Fue apoyado por la Academia de Finlandia y la Fundación de Investigación Alemana. La fabricación del dispositivo se llevó a cabo en OtaNano.

Detalles de contacto

Profe. Sebastián van Dijken

Correo electrónico: [email protected]

Teléfono: + 358-50-3160969

Sitio web: http: // física.aalto.ser/grupos /nanospin /

Dr. Huajun Qin

Correo electrónico: [email protected]

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