SIMON DIESCH
MADRID, 11 Dic. (EUROPA PRESS) -
Físicos de la Universidad de Constanza han demostrado que la transferencia eléctrica sin pérdidas de información codificada magnéticamente es posible.
Este hallazgo permite una mayor densidad de almacenamiento en chips de circuitos integrados y reduce significativamente el consumo de energía de los centros informáticos. Los resultados de este estudio se han publicado en Nature Communications.
La miniaturización de la tecnología de semiconductores se acerca a sus límites físicos. Durante más de 70 años, el procesamiento de la información en las computadoras se ha realizado mediante la creación y transferencia de señales eléctricas, que liberan calor residual. La disipación de calor produce un aumento de la temperatura en los bloques de construcción, lo que, a su vez, requiere complejos sistemas de refrigeración. La gestión del calor es uno de los grandes retos en miniaturización. Por lo tanto, actualmente se están realizando esfuerzos para reducir el calor residual en el procesamiento de datos y las telecomunicaciones.
Una colaboración en la Universidad de Constanza entre el grupo de física experimental dirigido por la profesora Elke Scheer y el grupo de física teórica dirigido por el profesor Wolfgang Belzig utiliza un enfoque basado en el transporte de carga sin disipación en bloques de construcción superconductores. Los materiales magnéticos se utilizan a menudo para el almacenamiento de información.
En principio, la información codificada magnéticamente también se puede transportar sin producción de calor mediante el uso de espín de electrones en lugar de una carga. La combinación del transporte sin carga de la superconductividad con el transporte electrónico de información magnética, es decir, la espintrónica, allana el camino para funcionalidades fundamentalmente novedosas para futuras tecnologías de la información que ahorren energía.
Los investigadores de la Universidad de Constanza han abordado un gran desafío asociado con este enfoque: el hecho de que en los superconductores convencionales, la corriente es transportada por pares de electrones con momentos magnéticos opuestos. Por lo tanto, estos pares no son magnéticos y no pueden transportar información magnética. El estado magnético, por el contrario, está formado por momentos magnéticos que se alinean en paralelo entre sí, suprimiendo así la corriente superconductora.
"La combinación de superconductividad, que funciona sin generación de calor, con espintrónica, transfiriendo información magnética, no contradice ningún concepto físico fundamental, sino simplemente suposiciones ingenuas sobre la naturaleza de los materiales", dice Elke Scheer.
Los hallazgos recientes sugieren que al poner los superconductores en contacto con materiales magnéticos especiales, los electrones con espines paralelos pueden unirse a pares que llevan la supercorriente a través de imanes a través de distancias más largas. Este concepto puede habilitar nuevos dispositivos electrónicos con propiedades revolucionarias.
Bajo la supervisión de Elke Scheer, Simon Diesch realizó un experimento que aclara el mecanismo de creación de dichos pares de electrones con orientación de giro paralelo. "Demostramos que es posible crear y detectar estos pares de electrones alineados por rotación", explica Simon Diesch.
"Es importante encontrar materiales que permitan tales pares de electrones alineados. Por lo tanto, el nuestro no es solo un proyecto de física sino también un proyecto de ciencia de los materiales", dice Scheer.
Investigadores del Instituto de Tecnología de Karlsruhe (KIT, por sus siglas en inglés) proporcionaron muestras a medida que consistían en aluminio y sulfuro de europio. El aluminio es un superconductor muy bien investigado, que permite una comparación cuantitativa entre la teoría y el experimento. El sulfuro de europio es un aislante ferromagnético, una propiedad material importante para la realización del concepto teórico, que mantiene sus propiedades magnéticas incluso en capas muy delgadas de solo unos pocos nanómetros de espesor, como se usa aquí.
Utilizando un microscopio de efecto túnel desarrollado en la Universidad de Constanza, se realizaron mediciones de resolución de espacio y energía del transporte de carga de las muestras de sulfuro de aluminio y europio a bajas temperaturas. Al contrario de los instrumentos comerciales, el microscopio de efecto túnel basado en el laboratorio Scheer se ha optimizado para la resolución de energía final y para la operación en campos magnéticos variables.
