Spintronica: la fine dell’era del silicio

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Sarah Li e Z. Valy Vardeny del dipartimento di Fisica e Astronomia dell’università dello Utah

Con il termine di spintronica, neologismo derivante da “elettronica di spin”, si intende una tecnologia che fonde le proprietà magnetiche dei materiali su scala nanometrica con i principi dell’elettronica tradizionale.

In pratica vengono utilizzate le proprietà magnetiche degli elettroni invece della loro capacità di trasmettere la corrente. Se attualmente per salvare un bit di informazione è necessario prendere in considerazione la carica complessiva di qualche migliaio di elettroni, tramite la spintronica si considerano  gli stati magnetici di “up” o “down” di un numero nettamente inferiore degli stessi.

Ciò che ha limitato lo sviluppo di questa tecnica è stata la mancanza, fino adesso, di un materiale per cui fosse possibile modificare l’informazione di spin e che fosse in grado di mantenere le modifiche nel tempo.

Un team di ricercatori guidato dall’università dello Utah ha scoperto che un gruppo di materiali chiamato perovskiti ibride organico-inorganiche  è in grado di essere utilizzato per lo scopo, in quanto dotato delle caratteristiche necessarie per l’utilizzo.

Sarah Li, assistente professore del dipartimento di fisica ed astronomia dell’università dello Utah e principale autore dello studio ha dicharato: “Si tratta di un dispositivo che molti hanno sempre desiderato realizzare, ma è una sfida reperire un materiale che possa essere manipolato e che sia in grado di matenere l’informazione di spin nel tempo”.

In questo tipo di perovskiti gli elettroni possono essere cambiati di stato molte volte in un nanosecondo, con la conseguente capacità di salvare un gran numero di informazioni che possono successivamente essere modificate.

Questa scoperta è sorprendente, in quanto le normali perovskiti, che fanno parte dei metalli pesanti, sono sì in grado di essere alterate a livello di spin ma non hanno la capacità di mantenere  lo stato sufficientemente a lungo.

Si tratta di una tecnologia che potenzialmente può espandere la potenzialità dei transistor a livelli non previsti finora dalla legge di Moore. Secondo questa infatti  la tecnologia dovrebbe permettere ogni 18 mesi di raddoppiare il numero di transistor che si riescono ad inserire in un pollice quadrato, ma siamo quasi giunti al limite fisico del materiale, non è possibile creare “fili” più sottili che mantengano le proprietà utilizzate dall’elettronica attuale.

Questo tipo di perovskiti costituisce invece un vero e proprio materiale dalle proprietà miracolose, già utilizzato per la produzione di pannelli fotovoltaici per l’alta capacità di convertire la luce in elettricità.

Aggiungendo lo spin all’elettronica tradizionale sarà possibile processare esponenzialmente più informazioni .

Valy Vardeny, coautore dello studio, spiega: “Con la spintronica non solo sarà possibile salvare molta più informazione di quanto sia attualmente possibile, ma non si sarà più limitati alla dimensione dei transistor. Il limite dimensionale sarà dato dalla grandezza del momento magnetico che si sarà in grado di individuare, che è molto più piccolo degli attuali transistor.”

I dispositivi costruiti con questa tecnologia saranno più efficienti, veloci e dotati di maggior memoria, utilizzeranno meno energia e le loro batterie dureranno molto di più. Inoltre i materiali di cui saranno composti non emetteranno un campo magnetico esterno, pur utilizzando il magnetismo a livello atomico, quindi non produrranno interferenze con altri dispositivi e saranno più difficili da essere rilevati.

Le potenzialità ci sono tutte: l’introduzione della spintronica potrà rappresentare la fine dell’era del silicio.

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