Lógica magnética para circuitos integrados multipropósito

Una nueva alternativa para el transistor basada en semiconductores que pueden cambiar de estado por medio de magnetismo en lugar de electricidad. Esto podría conducir a la fabricación de circuitos integrados maleables, más eficientes y confiables. Cerradura magnética: En un circuito compuesto de semiconductores de antimonio de indio, un campo magnético puede levantar electrones con carga positiva sobre los agujeros, conectar el aparato, o desviar en los orificios y lo apaga. Imagen: revista Nature El software puede hacer de una computadora un procesador de textos, una súper calculadora o un videoteléfono. Sin embargo el hardware subyacente no cambia. Ahora, un nuevo tipo de transistor que cambia de estados usando el magnetismo en lugar de la electricidad podría hacer los circuitos maleables permitiendo la construcción de dispositivos más eficientes y fiables, desde teléfonos inteligentes hasta satélites. El transistor es el biestable básico en el corazón de todos los dispositivos electrónicos modernos, genealmente se vale de un mínimo voltaje para cambiar de “encendido” a “apagado”. El enfoque de voltaje es altamente fiable y fácil de miniaturizar, pero tiene sus desventajas. Primero, mantener la tensión requiere potencia, lo que aumenta el consumo de energía del microchip. Segundo, el transistor está “cableado” dentro del circuito integrado y no puede ser reconfigurado lo cual significa que se requieren circuitos específicos para fines específicos. Un grupo de investigadores del Korea Institute of Science and Technology (KIST) en Seoul, Corea del Sur, ha desarrollado un circuito que podría solucionar este problema. El dispositivo descripto en un paper publicado en el website de la revista Nature el 30 de enero, utiliza magnetismo para controlar el flujo de electrones a través de un minúsculo puente de material semiconductor “antimonio de indio” (S. Joo et al. Nature http://dx.doi.org/10.1038/nature11817; 2013). Es un “nuevo e interesante giro en cómo implementar una puerta lógica”, dice Glan Salis un físico en el IBM’s Zurich Research Laboratory en Suiza. El puente tiene dos capas, una inferior con un exceso de huecos cargados positivamente y una cubierta superior llena, predominantemente, con electrones cargados negativamente. Gracias a las inusuales propiedades del “antimonio de indio”, los investigadores pueden controlar el flujo de electrones a través del puente usando un campo magnético perpendicular. Cuando ellos configuran el campo en una dirección, los electrones son desviados de la cubierta inferior y fluyen libremente. Cuando el campo magnético cambia de dirección los electrones colisionan con la capa inferior y se recombinan con los huecos – cerrando, efectivamente, la circulación de electrones. Un “hueco” o agujero de electrones: En física del estado sólido, un agujero de electrones (generalmente referido simplemente como un agujero) es la ausencia de un electrón de una capa de electrones de otro modo completa. Un agujero es en esencia una forma de conceptualizar las interacciones de los electrones dentro de un sistema casi completo,. En algunos aspectos, el comportamiento de un agujero dentro de una red cristalina semiconductora es comparable a la de la burbuja en una botella llena de agua Cuando un electrón deja un átomo de helio, crea un agujero de electrones en su lugar. Esto hace que el átomo de helio pase a estar cargado positivamente La habilidad de un biestable magnético de mantener abierto o cerrado su estado sin requerir presencia de voltaje “podría conducir a una gran reducción del consumo de energía”, dice el coautor del estudio Jin Dong Song un físico del KIST. Aún más impresionante, el biestable magnético “puede ser manipulado como software”, dice, simplemente cambiando el campo magnético para activar o desactivar un circuito. Un teléfono celular podría, por ejemplo, reprogramarse a nivel de los circuitos binarios para procesar video mientras el usuario mira un clip en YouTube, luego cambiar el comportamiento del circuito integrado para volverlo al procesamiento de señales para tomar llamadas telefónicas. Esto reduciría en gran medida el volumen y tamaño de los circuitos necesario dentro del teléfono. Esta lógica configurable sería invaluable a nivel de satélites, agrega Mark Johnson del Naval Research Laboratory en Washintong DC, un coautor del paper. Si una parte de un circuito integrado falla en órbita, otro sector del mismo podía simplemente ser reprogramado para hacerse cargo de las funciones del circuito afectado. “Habría solucionado el problema sin moverse de la tierra” afirma. El problema, sin embargo, radica en como integrar la lógica magnética a la tecnología basada en silicio. Esto podría no ser fácil. Por un lado, el antimonio de indio, el semiconductor crucial para el circuito, no se presta bien a los procesos de fabricación utilizados para los procesos de fabricación de la electrónica actual, dice Junichi Murota, invetigador en nanoelectrónica en Tohoku University en Japón. Sin embargo But Johnson dice que, eventualmente, sería posible construir puentes similares usando silicio como semiconductor. La integración de los imanes en miniatura necesarios para controlar los dispositivos en un chip normal no sería fácil. Las empresas deberían ser capaces de resolver estos problemas, pero eso ocurrirá sólo si se deciden que los dispositivos valen la pena, dice Salis. Por el momento, añade, no está claro si los dispositivos se comportarán bien en los tamaños necesarios para la fabricación de microchips - mucho más pequeña que las dimensiones micrométricas de los prototipos. Sin embargo, según Johnson, el magnetismo ya está imponiendo en el diseño de circuitos . Algunos dispositivos avanzados están comenzando a utilizar una versión magnética de memoria de acceso aleatorio, un tipo de memoria que históricamente se ha construido sólo con transistores convencionales. "Creo que el cambio ya está en marcha", dice.