Pequeños dispositivos magnéticos basados en grafeno podrían dar lugar a procesadores mucho más pequeños y mucho más potentes en el futuro
Los imanes 2D a escala atómica se pueden polarizar para representar estados binarios: los 1 y 0 de los datos informáticos. Esto puede conducir a componentes mucho más densos y energéticamente eficientes.
Cuando compra a través de enlaces en nuestro sitio, podemos ganar una comisión de afiliado. Así es como funciona.
Los investigadores han desarrollado una técnica que podría permitir la miniaturización extrema de los componentes informáticos, allanando el camino para dispositivos compactos y de alto rendimiento.
Cuanto más pequeños sean los transistores y las puertas lógicas de un procesador, más potencia informática se podrá concentrar en un área más pequeña. Pero las limitaciones físicas del silicio significan que estamos alcanzando los límites de cuán pequeños pueden ser estos componentes.
Sin embargo, una nueva técnica, que implica un cambio ultrarrápido entre estados de espín en imanes 2D (para representar el cambio entre los estados binarios de 1 y 0) puede conducir a componentes mucho más densos y con mayor eficiencia energética.
Esta técnica es posible gracias a un nuevo tipo de unión de túnel magnético (MTJ), una estructura material que actúa como dispositivo de almacenamiento de datos en un sistema informático. Los científicos intercalaron triyoduro de cromo (un imán aislante 2D) entre capas de grafeno y enviaron una corriente eléctrica a través de él para dictar la orientación del imán dentro de las capas individuales de triyoduro de cromo.
Aprovechar estos MTJ podría significar incluir más potencia informática en un chip de lo que antes se consideraba posible, y al mismo tiempo consumir mucha menos energía durante el proceso de conmutación. Los investigadores publicaron sus hallazgos en un nuevo estudio publicado el 1 de mayo en la revista Nature Communications.
En el artículo, los científicos demostraron que los imanes 2D pueden polarizarse para representar estados binarios (los 1 y 0 de los datos informáticos), allanando el camino para una informática de alta eficiencia energética.
Aprovechar la espintrónica para una computación más rápida
Controlar con precisión la fase magnética de los materiales 2D es un paso crucial en la espintrónica (controlar el giro de un electrón y el momento magnético asociado). Al controlar con precisión la corriente, la nueva técnica puede cambiar los estados de espín en el triyoduro de cromo utilizando la polaridad y amplitud de la corriente. Esto es posible porque el compuesto es ferromagnético (es magnético y puede atraer imanes de forma similar al hierro). Este compuesto también es un semiconductor, un material que tiene una conductividad que se sitúa entre un metal y un aislante.
Un componente clave para la espintrónica es el MTJ: dos capas ferromagnéticas separadas por una barrera aislante. Controlar el estado de giro de un MTJ es una técnica que ya se utiliza en varios componentes de la computadora, como los cabezales de lectura de los discos duros. Pero controlar con precisión el espesor de las capas que lo constituyen y la calidad de sus interfaces entre sí ha resultado un desafío.
Relacionado: Un dispositivo de memoria con una 'idea loca' podría reducir el consumo de energía de la IA hasta 2500 veces
Los materiales deben resistir las altas densidades de corriente de al menos 10 millones de amperios a través de un área aproximadamente del tamaño de una uña, pero también satisfacer las demandas de miniaturización y eficiencia energética de los dispositivos. A efectos de comparación, un rayo típico tiene entre 1.000 y 300.000 amperios.
"Este artículo trata sobre el hecho de que se pueden tener dos posibles estados de la corriente de túnel: espín paralelo y antiparalelo", Adelina Ilie, lectora de física en la Universidad de Bath en el Reino Unido. especializado en imanes 2D, dijo a WordsSideKick.com. "Si hay dos estados definidos, se pueden utilizar como puertas lógicas en una computadora".
Una eficiencia energética mucho mayor para los futuros sistemas de IA
Los científicos crearon los imanes 2D de van der Waals (triyoduro de cromo), luego colocaron capas atómicamente delgadas de grafeno, nitruro de boro hexagonal y triyoduro de cromo uno encima del otro para formar dispositivos de unión de túneles, que enfriaron hasta cerca del cero absoluto. Simultáneamente pasaron una corriente eléctrica a través del material y la midieron usando un medidor de fuente en ráfagas de 16 milisegundos.
Observaron que el voltaje experimentó una conmutación aleatoria entre los niveles, correspondientes a los estados de espín paralelo y antiparalelo dentro del triyoduro de cromo, con la dirección de conmutación determinada por la polaridad y la amplitud de la corriente. La duración de cada estado magnético era normalmente de 10 milisegundos, mientras que el tiempo de conmutación entre los dos estados era del orden de microsegundos (un microsegundo es una millonésima de segundo).
"Estos estados no son exactamente estables", explicó Ilie. "Lo que realmente sucede es que la corriente pasa de un estado a otro, de ida y vuelta estocásticamente, pero el promedio de tiempo permanece más en un estado u otro, dependiendo del voltaje. Esto nos da dos estados que podemos seleccionar de manera determinista. "
Los dos estados, que pueden utilizarse como puertas lógicas, permiten el funcionamiento a una escala mucho menor de lo que era posible hasta ahora. Utilizando esta tecnología, los fabricantes podrían crear chips de computadora con mayor poder de procesamiento. Pero la necesidad de temperaturas de funcionamiento cercanas al cero absoluto significa que implementar dispositivos futuristas en la práctica sería un desafío.
"Lo que hace que este tipo de trabajo sea diferente es que parece que la energía necesaria para pasar de un estado a otro es una magnitud menor que en las uniones de túneles magnéticos convencionales", concluyó Ilie. "Con nuevas tecnologías como la IA generativa, que aumentan enormemente el consumo de energía, no será posible mantener el ritmo, por lo que se necesitan dispositivos que sean energéticamente eficientes".