I ricercatori della Aalto University hanno sviluppato un nuovo dispositivo per la spintronica. I risultati sono stati pubblicati sulla rivista Comunicazioni sulla natura , e segnare un passo avanti verso l'obiettivo di utilizzare la spintronica per realizzare chip per computer e dispositivi per l'elaborazione dei dati e la tecnologia di comunicazione che siano piccoli e potenti.

L'elettronica tradizionale utilizza la carica elettrica per eseguire calcoli che alimentano la maggior parte della nostra tecnologia quotidiana. Però, gli ingegneri non sono in grado di fare in modo che l'elettronica esegua calcoli più velocemente, poiché la carica in movimento crea calore, e la miniaturizzazione ha raggiunto i limiti della termodinamica. Perché l'elettronica non può essere ridotta, ci sono preoccupazioni che i computer non saranno in grado di diventare più potenti e meno costosi alla stessa velocità con cui sono stati negli ultimi sette decenni. È qui che entra in gioco la spintronica.

Lo spin è una proprietà delle particelle come gli elettroni allo stesso modo della carica. I ricercatori sono entusiasti dell'uso dello spin per eseguire calcoli perché evita i problemi di riscaldamento degli attuali chip per computer. "Se usi le onde di spin, è il trasferimento di spin, non ti muovi carica, così non crei riscaldamento, "dice il professor Sebastiaan van Dijken, che guida il gruppo che ha scritto il giornale.

Materiali magnetici su nanoscala

Il dispositivo realizzato dal team è un risonatore Fabry-Pérot, un noto strumento in ottica per creare fasci di luce con una lunghezza d'onda strettamente controllata. La versione spin-wave realizzata dai ricercatori in questo lavoro consente loro di controllare e filtrare le onde di spin in dispositivi di poche centinaia di nanometri di diametro.

I dispositivi sono stati realizzati sovrapponendo strati molto sottili di materiali con proprietà magnetiche esotiche uno sopra l'altro. Questo ha creato un dispositivo in cui le onde di spin nel materiale sarebbero state intrappolate e annullate se non fossero della frequenza desiderata. "Il concetto è nuovo, ma facile da implementare, " spiega il dottor Huajun Qin, il primo autore del saggio, 'il trucco è creare materiali di buona qualità, che abbiamo qui ad Aalto. Il fatto che non sia difficile realizzare questi dispositivi significa che abbiamo molte opportunità per nuovi entusiasmanti lavori".

Elaborazione dati wireless ed elaborazione analogica

I problemi con l'accelerazione dell'elettronica vanno oltre il surriscaldamento; ci sono anche complicazioni nella trasmissione wireless, poiché i segnali wireless devono essere convertiti dalle loro frequenze più alte a frequenze gestibili dai circuiti elettronici. Questa conversione rallenta il processo e richiede energia. I chip spin wave sono in grado di funzionare alle frequenze delle microonde utilizzate nei telefoni cellulari e nei segnali WiFi, il che significa che c'è un grande potenziale per essere utilizzati in tecnologie di comunicazione wireless ancora più veloci e affidabili in futuro.

Per di più, le onde di spin possono essere utilizzate per eseguire calcoli in modi che sono più veloci dell'elaborazione elettronica in compiti specifici "L'informatica elettronica utilizza la logica "booleana" o binaria per eseguire calcoli, " spiega il professor van Dijken. "Con le onde di spin, l'informazione è trasportata nell'ampiezza dell'onda, che consente un'elaborazione più analogica. Ciò significa che potrebbe essere molto utile per attività specifiche come l'elaborazione di immagini o il riconoscimento di modelli. La cosa grandiosa del nostro sistema è che la sua struttura dimensionale significa che dovrebbe essere facile da integrare nella tecnologia esistente".

Ora che il team ha il risonatore per filtrare e controllare le onde di spin, i prossimi passi sono creare un circuito completo per loro. "Per costruire un circuito magnetico, dobbiamo essere in grado di guidare le onde di spin verso componenti funzionali, come fanno i canali elettrici conduttori sui microchip elettronici. Stiamo cercando di realizzare strutture simili per guidare le onde di spin, " spiega il dottor Qin.