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La spintronica fa progredire l’elettronica di prossima generazione

Ricercatori dell’UE hanno dimostrato che è possibile utilizzare lo spin di un elettrone senza la sua carica per trasportare informazioni.

Economia digitale
Ricerca di base

Un team di fisici provenienti da cinque università europee ha ideato un metodo per utilizzare le correnti di spin al fine di elaborare informazioni senza il movimento di cariche elettriche. La ricerca, effettuata nell’ambito del progetto INSPIN, finanziato dall’UE, rappresenta un notevole passo in avanti nel settore emergente della spintronica — lo studio delle proprietà dello spin dell’elettrone — che potrebbe in futuro aprire la strada a nuove alternative all’elettronica convenzionale. I magnoni, le quasiparticelle che sono associate alle eccitazioni dei materiali magnetici note come onde di spin, sono considerate un candidato interessante per trasportare informazioni, dato che hanno un basso tasso di dispersione dell’energia. Un nuovo modo di trasportare informazioni Il team di INSPIN ha passato gli ultimi tre anni a ideare dei modi per rilevare, manipolare e trasportare le correnti di spin all’interno di isolanti magnetici. “Un magnone … si comporta come una particella anche se si tratta in realtà di un’onda, ed è questa sua caratteristica a trasportare le informazioni,” dice Arne Brataas, coordinatore del progetto e professore di fisica all’Università norvegese di scienza e tecnologia. “Manipolando questa onda, possiamo cambiare il modo in cui siamo in grado di manipolare e trasportare le informazioni.” Perché possa funzionare, questo nuovo tipo di spintronica con isolanti deve poter essere perfettamente integrata con l’elettronica convenzionale. Trovare la giusta interfaccia tra l’isolante e il metallo era di conseguenza fondamentale. “La sfida più grande è stata quella di convertire il segnale elettrico in questo segnale di spin all’interno dell’isolante e il relativo procedimento per estrarlo – come far entrare e uscire il segnale,” dice il professor Brataas. “Questo è stato difficile poiché all’inizio del progetto non sapevamo quale meccanismo per il trasferimento delle informazioni dalla carica elettrica allo spin fosse dominante.” Il team ha anche esaminato se differenti combinazioni di materiali renderebbero la conversione più o meno efficiente. “Molti tipi differenti di materiali sono stati esaminati, ma ciò che abbiamo scoperto è che la conversione è abbastanza robusta e non dipende quindi molto dal tipo di materiale,” afferma il professor Brataas. Meno calore Il fatto che questo nuovo modo di trasportare le informazioni sia accompagnato da una dissipazione di energia molto ridotta è significativo. Con dispositivi basati sulla convenzionale elettronica basata su cariche, quanto più piccoli essi diventano e tanto più difficile è evitare il loro surriscaldamento. “Una delle nostre motivazioni nel fare questo è stata quella di trovare dei modi per elaborare le informazioni che generino meno calore,” dice il professor Brataas, “quindi se lo possiamo fare a bassa potenza, questo significa che possiamo generare segnali senza generare un sacco di calore.” Tre anni dopo l’inizio del progetto, il team di INSPIN ha raggiunto il suo obiettivo principale che era quello di utilizzare un’entità completamente differente per trasportare informazioni creando un transistor che funziona basandosi interamente sullo spin. Anche se INSPIN si è concluso, i ricercatori coinvolti continueranno a esplorare questo settore della scienza fondamentale e continueranno a sviluppare quella che ritengono abbia il potenziale per diventare una tecnologia rivoluzionaria e dirompente in futuro.

Parole chiave

INSPIN, spintronica, correnti spin, magnoni, isolanti magnetici, dissipazione energia

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