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Todos los ordenadores que almacenan sus datos tienen algo en común. Se denomina tecnología CMOS: un chip semiconductor que almacena y procesa la información. Hasta la fecha, una mayor potencia de computación ha supuesto simplemente un mayor número de chips y chips de tamaño más pequeño. Sin embargo, ahora que nos acercamos a un gran muro en lo relativo al tamaño, a los ingenieros no les ha quedado otra opción que buscar conceptos alternativos que sustituyan a la CMOS.
Las ondas de espín son uno de dichos conceptos y el proyecto SWING se propuso materializar su potencial de computación. «Nuestro proyecto surge como respuesta a las limitaciones de una de las principales alternativas a la CMOS: la informática de onda óptica/analógica. Esta última realiza la digitalización de las señales y fenómenos analógicos típicos de las ondas, pero tiene un inconveniente importante: la miniaturización resulta complicada y está limitada por la longitud de onda óptica», afirma Riccardo Bertacco, catedrático de física en el Politécnico de Milán y coordinador de SWING.
Al cambiar las ondas ópticas por ondas de espín, Bertacco y Edoardo Albisetti, beneficiario de una beca Marie Skłodowska-Curie, esperan sortear este problema. Tal y como señala Albisetti: «Las ondas de espín presentan una gran ventaja. Tienen una longitud de onda mucho más corta que la de las ondas electromagnéticas, con valores que alcanzan el orden de las decenas de nanómetros en el rango de los gigahercios. Se trata de un orden de magnitud inferior al de las longitudes de onda ópticas. Esto permite la realización de dispositivos integrados y compatibles con CMOS en la escala submicrométrica para informática de ondas».
Ondas de espín a lo largo de paredes de dominio
Básicamente, las ondas de espín son perturbaciones que se propagan en la alineación de los espines en materiales magnéticos. A pesar de su ventaja inherente, se comportan de forma similar a las ondas electromagnéticas. Sus excitaciones magnéticas pueden utilizarse en aplicaciones informáticas y de memoria, y Albisetti ya ha demostrado con éxito una plataforma que las utiliza para informática analógica.
Albisetti explica: «Hemos conseguido tres logros principales. En primer lugar, hemos utilizado con éxito una nueva técnica llamada litografía de sonda de barrido magnética asistida térmicamente (tam-SPL, por sus siglas en inglés) para crear bloques magnónicos capaces de controlar las ondas de espín. Después, demostramos el uso de paredes de dominio magnético (las líneas que separan dos porciones de una película magnética con diferente magnetización uniforme) como circuitos para la propagación e interacción de las ondas de espín. Finalmente, probamos paredes de dominio con patrones de diferentes formas (lineales, convexas, cóncavas, etc.) para crear nuestra plataforma de computación analógica».
Albisetti inventó la técnica tam-SPL, que es clave para los logros del otro proyecto, durante los seis meses de su tesis doctoral en los que trabajó con Elisa Riedo en el Instituto de Tecnología de Georgia (los Estados Unidos). Tal y como Bertacco subraya: «El proyecto Marie Skłodowska-Curie se diseñó con la idea de aprovechar aún más esta colaboración. Cuando Riedo se unió al Centro de Investigaciones Científicas Avanzadas CUNY, quisimos utilizar la instrumentación de vanguardia de la que disponía para desarrollar más la tam-SPL. Nuestro objetivo también era aplicarla a la prueba de concepto de los nuevos dispositivos basados en ondas de espín para informática de onda».
Finalmente, el concepto del proyecto de utilización de las paredes de dominio como conductos de la propagación de las ondas de espín o como fuentes locales para la generación de frentes de onda podría utilizarse para crear circuitos fabricados con dichas paredes de dominio. En última instancia, estos circuitos podrían actuar como el equivalente de las guías de ondas ópticas (resonadores, interferómetros, etc.), así como de dispositivos para el procesamiento de señales analógicas (filtros, analizadores de espectros, etc.) basados en la interferencia de los frentes de onda de las ondas de espín.
Albisetti concluye: «Nuestros resultados abren toda una gama de posibilidades que acabamos de empezar a explorar. Nos hemos estado centrando principalmente en dos retos interesantes: estudiar la interacción de las ondas de espín con texturas de espín más complejas y ampliar la aplicabilidad de la tam-SPL a diferentes sistemas magnéticos con aplicaciones en el campo de la espintrónica».
Recientemente, Albisetti recibió una subvención de inicio del Consejo Europeo de Investigación (CEI) por el proyecto B3YOND, que se centrará en demostrar un nuevo concepto de nanofabricación basado en la técnica tam-SPL.