Los dispositivos espintrónicos son alternativas atractivas a los chips de computadora convencionales, ya que brindan almacenamiento de información digital que es altamente eficiente en energía y también relativamente fácil de fabricar a gran escala. Sin embargo, estos dispositivos, que dependen de la memoria magnética, todavía se ven obstaculizados por suvelocidades, en comparación con los chips electrónicos convencionales.
en un artículo publicado en la revista Electrónica de la naturaleza , un equipo internacional de investigadores ha informado sobre una nueva técnica para la conmutación de magnetización, el proceso utilizado para "escribir" información en la memoria magnética, que es casi 100 veces más rápida que los dispositivos espintrónicos de última generación.podría conducir al desarrollo de una memoria magnética ultrarrápida para chips de computadora que retendría datos incluso cuando no hay energía.
En el estudio, los investigadores informan el uso de pulsos eléctricos extremadamente cortos de 6 picosegundos para cambiar la magnetización de una película delgada en un dispositivo magnético con gran eficiencia energética. Un picosegundo es una billonésima de segundo.
La investigación fue dirigida por Jon Gorchon, investigador del Centro Nacional Francés de Investigación Científica CNRS que trabaja en L'Institut Jean Lamour de la Universidad de Lorraine en Francia, en colaboración con Jeffrey Bokor, profesor de ingeniería eléctrica y ciencias de la computación.en la Universidad de California, Berkeley, y Richard Wilson, profesor asistente de ingeniería mecánica y de ciencia e ingeniería de materiales en UC Riverside. El proyecto comenzó en UC Berkeley cuando Gorchon y Wilson eran investigadores postdoctorales en el laboratorio de Bokor.
En los chips de computadora convencionales, los 0 y 1 de los datos binarios se almacenan como los estados "encendido" o "apagado" de los transistores de silicio individuales. En la memoria magnética, esta misma información se puede almacenar como las polaridades opuestas de magnetización, que songeneralmente se considera el estado "arriba" o "abajo". Esta memoria magnética es la base de la memoria del disco duro magnético, la tecnología utilizada para almacenar grandes cantidades de datos en la nube.
Una característica clave de la memoria magnética es que los datos son "no volátiles", lo que significa que la información se retiene incluso cuando no se aplica energía eléctrica.
"La integración de la memoria magnética directamente en los chips de computadora ha sido un objetivo buscado desde hace mucho tiempo", dijo Gorchon. "Esto permitiría retener los datos locales en el chip cuando la energía está apagada, y permitiría acceder a la información de lejosmás rápido que extraerlo desde una unidad de disco remota ".
El potencial de los dispositivos magnéticos para la integración con la electrónica se está explorando en el campo de la espintrónica, en el que pequeños dispositivos magnéticos son controlados por circuitos electrónicos convencionales, todos en el mismo chip.
La espintrónica de última generación se realiza con el llamado dispositivo de torsión en órbita de giro. En dicho dispositivo, se deposita una pequeña área de una película magnética una broca magnética encima de un cable metálico. ALa corriente que fluye a través del cable conduce a un flujo de electrones con un momento magnético, que también se llama espín. Que, a su vez, ejerce un par magnético, llamado par de giro-órbita, en el bit magnético.El par orbital puede cambiar la polaridad del bit magnético.
Los dispositivos de torque de órbita giratoria de última generación desarrollados hasta ahora requerían pulsos de corriente de al menos un nanosegundo, o una millonésima de segundo, para cambiar el bit magnético, mientras que los transistores en laLos chips de computadora cambian en solo 1 a 2 picosegundos. Esto lleva a que la velocidad del circuito general esté limitada por la lenta velocidad de conmutación magnética.
En este estudio, los investigadores lanzaron pulsos de corriente eléctrica de 6 picosegundos de ancho a lo largo de una línea de transmisión en una broca magnética basada en cobalto. Luego se demostró que la magnetización de la broca de cobalto era conmutada de manera confiable por el mecanismo de torsión en órbita de giro..
Si bien el calentamiento por corrientes eléctricas es un problema debilitante en la mayoría de los dispositivos modernos, los investigadores señalan que, en este experimento, el calentamiento ultrarrápido ayuda a invertir la magnetización.
"El imán reacciona de manera diferente al calentamiento en escalas de tiempo largas o cortas", dijo Wilson. "Cuando el calentamiento es tan rápido, solo una pequeña cantidad puede cambiar las propiedades magnéticas para ayudar a invertir la dirección del imán".
De hecho, las estimaciones preliminares del uso de energía son increíblemente prometedoras; la energía necesaria en este dispositivo de torsión en órbita de giro "ultrarrápido" es casi dos órdenes de magnitud menor que en los dispositivos espintrónicos convencionales que operan en escalas de tiempo mucho más largas.
"La alta eficiencia energética de este novedoso proceso de conmutación magnética ultrarrápida fue una gran sorpresa y muy bienvenida", dijo Bokor. "Un dispositivo espintrónico de baja energía y alta velocidad puede abordar potencialmente las limitaciones de rendimiento del procesador actualsistemas de memoria de nivel, y también podría usarse para aplicaciones lógicas ".
Los métodos experimentales utilizados por los investigadores también ofrecen una nueva forma de desencadenar y sondear fenómenos espintrónicos en escalas de tiempo ultrarrápidas, lo que podría ayudar a comprender mejor la física subyacente en juego en fenómenos como el par de giro en órbita.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de California - Berkeley . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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