I computer moderni si basano su circuiti logici che utilizzano transistor a semiconduttore. Per aumentare la potenza di calcolo, sono necessari transistor più piccoli. La legge di Moore afferma che il numero di transistor che possono essere inseriti in un circuito integrato dovrebbe raddoppiare ogni due anni a causa del ridimensionamento. Ma quando i transistor raggiungono dimensioni atomiche, raggiungere questa impresa sta diventando sempre più difficile. Tra le sfide più significative c'è la dissipazione del calore dai circuiti creati utilizzando la tecnologia dei semiconduttori standard di oggi, semiconduttore di ossido di metallo complementare (CMOS), che emettono più calore man mano che vengono aggiunti più transistor. Questo rende CMOS incapace di supportare i computer del futuro.
Gli ingegneri sono quindi alla ricerca di alternative al CMOS che consentano circuiti logici per computer altamente efficienti che generano molto meno calore. I ricercatori della Northwestern University potrebbero aver trovato una soluzione:una famiglia di circuiti logici completamente nuova basata su dispositivi a semiconduttore magnetico. Il progresso potrebbe portare a circuiti logici fino a 1 milione di volte più efficienti dal punto di vista energetico rispetto a quelli odierni.
A differenza dei circuiti integrati tradizionali, che consistono in un insieme di transistor in miniatura operanti su un unico pezzo di semiconduttore, i cosiddetti "circuiti logici di spin" utilizzano il fenomeno della fisica quantistica dello spin, una proprietà fondamentale dell'elettrone.
"Quello che abbiamo sviluppato è un dispositivo che può essere configurato in un circuito logico in grado di eseguire tutta la logica booleana necessaria e può essere collegato in cascata per sviluppare sofisticate unità funzionali, " ha detto Bruce W. Wessels, Walter P. Murphy Professore di Scienza e Ingegneria dei Materiali presso la McCormick School of Engineering and Applied Science della Northwestern e uno degli autori dell'articolo. "Stiamo utilizzando dispositivi logici 'spintronici' per eseguire con successo le stesse operazioni dei circuiti CMOS convenzionali, ma con meno dispositivi e più potenza di calcolo".
I circuiti logici di spin sono realizzati con transistor di spin bipolari magnetoresistivi, recentemente brevettato dai ricercatori.
Un documento che descrive i risultati, "Logica spin-transistor accoppiata all'emettitore, " è stato presentato il 5 luglio all'International Symposium on Nanoscale Architectures tenutosi nei Paesi Bassi. Altri autori del Northwestern includono lo studente laureato Joseph Friedman, l'autore principale del documento; Gokhan Memik, professore associato di ingegneria elettrica e informatica; e Alan Sahakian, professore di ingegneria elettrica e informatica.
La nuova famiglia logica, che sfrutta le proprietà magnetiche associate allo spin dell'elettrone, potrebbe portare a un computer 1 milione di volte più efficiente dal punto di vista energetico rispetto a quelli oggi sul mercato. Anche se questo risultato è ottimista e potrebbe volerci un decennio per realizzarlo, "Pensiamo che questo sia potenzialmente rivoluzionario, " ha detto Friedman.
