Un equipo de investigadores de la Universidad de California en Los Angeles (UCLA), EE.UU., en colaboración con la Universidad de Zhejiang en Hangzhou, China, han diseñado un componente magnético a nanoescala para los chips de memoria de computadoras que podría mejorar significativamente la eficiencia energética y la escalabilidad. El diseño proporciona un nuevo y altamente buscado tipo de memoria magnética, un avance más para integrarse en computadoras, sistemas de electrónica móvil, como teléfonos inteligentes y tabletas, así como en los grandes sistemas de cómputo de Big Data.
.
.
![]()
.
.
La ilustración muestra una nueva estructura desarrollada por los investigadores para chips de computadoras de ultra bajo consumo energético y más alta eficiencia de rendimiento. Las flechas indican la eficacia del campo magnético debido a la asimetría de la estructura. El diseño es una estructura asimétrica innovadora que permite explotar mejor el espín electrónico y las propiedades orbitales de los electrones, lo que la hace mucho más eficiente que la memoria de las computadoras de uso hoy en día.
.
“Este trabajo probablemente dará un enfoque avanzado en la ingeniería de nuevos dispositivos y sistemas nanoelectrónicos”, dijo Kang Wang, investigador principal del estudio y profesor de Ingeniería Eléctrica en la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas “Henry Samueli” de UCLA, que añade “conjuntamente con los tipos de dispositivos magnéticos relacionados que ya están siendo estudiados por nuestro equipo, éste representa una extraordinaria oportunidad para entender la memoria de mayor rendimiento y la lógica a futuro de los sistemas electrónicos ecológicos, energéticamente eficientes y de encendido instantáneo”.
.
La tecnología sofisticada de la espintrónica
Los dispositivos que utilizan la electrónica basada en espín (propiedad física de las partículas subatómicas), llamada “espintrónica” (magnetoelectrónica), consumen menos energía que los de la electrónica convencional, mediante el uso del espín electrónico en lugar de la carga del electrón. Un área sensible de la investigación dentro de la espintrónica consiste en reducir la necesidad de corriente eléctrica, esto es posible usando a la vez el espín y las propiedades orbitales de los electrones en el llamado “par espín-órbita”.
.
Los chips de computadora basados en espintrónica utilizan materiales magnéticos para una mayor eficiencia energética. El proceso que permite a la memoria de la computadora escribir - o cumplir con funciones de computación a realizar - se activa cuando la corriente eléctrica “conmuta” la polaridad de un material magnético adyacente. En los dispositivos de par espín-órbita existentes, este proceso usualmente necesita un campo magnético adyacente para completar plenamente la conmutación.
.
Diseño de la estructura en escala nanométrica
La estructura diseñada en UCLA elimina la necesidad de un campo magnético adyacente. Los investigadores para esto han creado un campo magnético eficiente mediante la variación del ángulo de la estructura por unos cuantos átomos, en una forma semejante a una cuña de queso: más grueso en un extremo e inclinándose hacia abajo a un borde más delgado en el otro extremo. Aunque la diferencia de altura entre los dos extremos es sólo de unas pocas décimas de nanómetro -unas pocas milmillonésimas de metro - a lo largo de cada dispositivo, la nueva configuración genera un par espín-órbita adicional significativo, que utiliza tan sólo una centésima de la cantidad de energía que consumen los chips en la electrónica de hoy en día.
Los investigadores observaron el efecto de conmutación magnética libre de campo en varios experimentos, pero el mecanismo que permite a la geometría asimétrica el mejoramiento de la conmutación magnética está aún bajo investigación.
.
Un diseño que promete hacia el futuro
“Este es un prometedor primer paso, que ofrece una vía potencial para la ingeniería de nuevas células de memoria de par espín-órbita, a la vez que también ofrece nuevas perspectivas sobre su física”, dijo Pedram Khalili, principal co-investigador del estudio y profesor asistente adjunto de Ingeniería Eléctrica . “Es necesario seguir trabajando para desarrollar una comprensión microscópica más detallada de las nuevas observaciones y, mayor evaluación de sus aplicaciones y posibilidades de ampliación”.
.
.
Fuentes: UCLA, Nature Nanotechnology
.
.
.
.
La ilustración muestra una nueva estructura desarrollada por los investigadores para chips de computadoras de ultra bajo consumo energético y más alta eficiencia de rendimiento. Las flechas indican la eficacia del campo magnético debido a la asimetría de la estructura. El diseño es una estructura asimétrica innovadora que permite explotar mejor el espín electrónico y las propiedades orbitales de los electrones, lo que la hace mucho más eficiente que la memoria de las computadoras de uso hoy en día.
.
“Este trabajo probablemente dará un enfoque avanzado en la ingeniería de nuevos dispositivos y sistemas nanoelectrónicos”, dijo Kang Wang, investigador principal del estudio y profesor de Ingeniería Eléctrica en la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas “Henry Samueli” de UCLA, que añade “conjuntamente con los tipos de dispositivos magnéticos relacionados que ya están siendo estudiados por nuestro equipo, éste representa una extraordinaria oportunidad para entender la memoria de mayor rendimiento y la lógica a futuro de los sistemas electrónicos ecológicos, energéticamente eficientes y de encendido instantáneo”.
.
La tecnología sofisticada de la espintrónica
Los dispositivos que utilizan la electrónica basada en espín (propiedad física de las partículas subatómicas), llamada “espintrónica” (magnetoelectrónica), consumen menos energía que los de la electrónica convencional, mediante el uso del espín electrónico en lugar de la carga del electrón. Un área sensible de la investigación dentro de la espintrónica consiste en reducir la necesidad de corriente eléctrica, esto es posible usando a la vez el espín y las propiedades orbitales de los electrones en el llamado “par espín-órbita”.
.
Los chips de computadora basados en espintrónica utilizan materiales magnéticos para una mayor eficiencia energética. El proceso que permite a la memoria de la computadora escribir - o cumplir con funciones de computación a realizar - se activa cuando la corriente eléctrica “conmuta” la polaridad de un material magnético adyacente. En los dispositivos de par espín-órbita existentes, este proceso usualmente necesita un campo magnético adyacente para completar plenamente la conmutación.
.
Diseño de la estructura en escala nanométrica
La estructura diseñada en UCLA elimina la necesidad de un campo magnético adyacente. Los investigadores para esto han creado un campo magnético eficiente mediante la variación del ángulo de la estructura por unos cuantos átomos, en una forma semejante a una cuña de queso: más grueso en un extremo e inclinándose hacia abajo a un borde más delgado en el otro extremo. Aunque la diferencia de altura entre los dos extremos es sólo de unas pocas décimas de nanómetro -unas pocas milmillonésimas de metro - a lo largo de cada dispositivo, la nueva configuración genera un par espín-órbita adicional significativo, que utiliza tan sólo una centésima de la cantidad de energía que consumen los chips en la electrónica de hoy en día.
Los investigadores observaron el efecto de conmutación magnética libre de campo en varios experimentos, pero el mecanismo que permite a la geometría asimétrica el mejoramiento de la conmutación magnética está aún bajo investigación.
.
Un diseño que promete hacia el futuro
“Este es un prometedor primer paso, que ofrece una vía potencial para la ingeniería de nuevas células de memoria de par espín-órbita, a la vez que también ofrece nuevas perspectivas sobre su física”, dijo Pedram Khalili, principal co-investigador del estudio y profesor asistente adjunto de Ingeniería Eléctrica . “Es necesario seguir trabajando para desarrollar una comprensión microscópica más detallada de las nuevas observaciones y, mayor evaluación de sus aplicaciones y posibilidades de ampliación”.
.
.
Fuentes: UCLA, Nature Nanotechnology