(Phys.org) — I ricercatori dell'UCLA hanno creato un componente magnetico su nanoscala per i chip di memoria del computer che potrebbe migliorare significativamente la loro efficienza energetica e scalabilità.

Il design avvicina un nuovo e molto ricercato tipo di memoria magnetica all'utilizzo nei computer, elettronica mobile come smartphone e tablet, così come i grandi sistemi informatici per i big data. L'innovativa struttura asimmetrica permette di sfruttare al meglio le proprietà di spin e orbitali degli elettroni, rendendolo molto più efficiente dal punto di vista energetico rispetto alla memoria del computer di oggi.

"Questo lavoro fornirà probabilmente un potente approccio per la progettazione di nuovi dispositivi e sistemi nanoelettronici, " ha detto Kang Wang, il Raytheon Professor di Ingegneria Elettrica presso la UCLA Henry Samueli School of Engineering and Applied Science e il ricercatore principale dello studio. "In combinazione con i relativi tipi di dispositivi magnetici studiati dal nostro team, rappresenta un'enorme opportunità per realizzare una memoria e una logica ad alte prestazioni per future accensioni istantanee ed efficienti dal punto di vista energetico, sistemi elettronici verdi."

La ricerca è stata pubblicata l'11 maggio in Nanotecnologia della natura .

Dispositivi che utilizzano l'elettronica basata su spin, o "spintronica, " consumano meno energia dell'elettronica convenzionale utilizzando gli spin degli elettroni piuttosto che la loro carica. Un'area calda della ricerca all'interno della spintronica sta riducendo la necessità di corrente elettrica utilizzando sia lo spin che le proprietà orbitali degli elettroni, chiamato anche "coppia rotazione-orbita".

I chip per computer basati su spintronica utilizzano materiali magnetici per una maggiore efficienza energetica. Il processo che consente di scrivere la memoria del computer o di eseguire le funzioni di calcolo viene attivato quando la corrente elettrica "commuta" la polarità di un materiale magnetico adiacente. Nei dispositivi di coppia spin-orbita esistenti, questo processo di solito richiede un campo magnetico adiacente per completare completamente l'interruttore.

La struttura ideata all'UCLA elimina la necessità di un campo magnetico adiacente. I ricercatori hanno invece creato un campo magnetico efficace variando l'angolo della struttura di pochi atomi, a forma di cuneo di formaggio:più spesso da un lato e inclinato verso il basso fino a un bordo più sottile dall'altro. Sebbene la differenza di altezza tra le due estremità sia solo di pochi decimi di nanometro, o di pochi miliardesimi di metro, sulla lunghezza di ciascun dispositivo, la nuova configurazione genera una coppia di rotazione-orbita aggiuntiva significativa, che potrebbe potenzialmente utilizzare un centesimo della quantità di energia utilizzata dai chip nell'elettronica di consumo di oggi.

I ricercatori hanno osservato l'effetto di commutazione senza campo magnetico in diversi esperimenti, ma il meccanismo che consente alla geometria asimmetrica di migliorare la commutazione magnetica è ancora in fase di studio.

"Questo è un primo passo promettente, offrendo un potenziale percorso per la progettazione di nuove celle di memoria di coppia spin-orbita, offrendo allo stesso tempo nuove intuizioni sulla loro fisica, " disse Pedram Khalili, il co-investigatore principale dello studio e un assistente professore a contratto di ingegneria elettrica. "È necessario un ulteriore lavoro per sviluppare una comprensione microscopica più dettagliata delle nuove osservazioni e valutare ulteriormente la loro applicazione e il potenziale di ridimensionamento".