A eletrônica dos computadores está encolhendo a tamanhos pequenos o suficiente para que as próprias correntes elétricas subjacentes às suas funções não possam mais ser usadas para cálculos lógicos da mesma forma que seus ancestrais em grande escala. Uma porta lógica tradicional baseada em semicondutor chamada de porta majoritária, por exemplo, emite corrente para corresponder ao estado "0" ou "1" que compreende pelo menos duas de suas três correntes de entrada (ou de forma equivalente, três tensões). Mas como você constrói uma porta lógica para dispositivos muito pequenos para a física clássica?

Uma demonstração experimental recente, cujos resultados são publicados esta semana em Cartas de Física Aplicada , da AIP Publishing, usa a interferência de ondas de spin - ondas síncronas de alinhamento de spin de elétrons observadas em sistemas magnéticos. O protótipo de porta majoritária de onda de spin, feito de ítrio-ferro-granada, vem de um novo centro de pesquisa colaborativa financiado pela Fundação Alemã de Pesquisa, denominado Spin + X. O trabalho também foi apoiado pela União Europeia no âmbito do projeto InSpin e foi realizado em colaboração com o instituto belga de pesquisa em nanotecnologia IMEC.

“O lema do centro de pesquisa Spin + X é 'girar em seu ambiente coletivo, 'então basicamente visa investigar qualquer tipo de interação de spins - com luz e matéria e elétrons e assim por diante, "disse Tobias Fischer, estudante de doutorado na Universidade de Kaiserslautern na Alemanha, e autor principal do artigo. "Mais ou menos a imagem principal que pretendemos é empregar ondas de spin no processamento de informações. As ondas de spin são as excitações fundamentais dos materiais magnéticos."

Então, em vez de usar correntes ou tensões elétricas clássicas para enviar informações de entrada para uma porta lógica, a equipe internacional baseada em Kaiserslautern usa vibrações no spin coletivo de um material magnético - essencialmente criando ondas de magnetização em nanoescala que podem interferir na produção de cálculos booleanos.

"Você tem momentos magnéticos atômicos em seu material magnético que interagem entre si e, devido a essa interação, existem excitações semelhantes a ondas que podem se propagar em materiais magnéticos, "Fischer disse." O dispositivo específico que estávamos investigando é baseado na interferência dessas ondas. Se você usar excitações de onda em vez de correntes, [...] então você pode fazer uso da interferência de onda, e isso vem com certas vantagens. "

Usar a interferência da onda para produzir a saída da porta principal fornece dois parâmetros para usar no controle de informações:a amplitude da onda, e fase. Em princípio, isso torna este conceito mais eficiente também, uma vez que uma porta majoritária pode substituir até 10 transistores em dispositivos eletrônicos modernos.

"O dispositivo que estávamos investigando consiste em três entradas onde excitamos as ondas e elas se combinam, "Fischer disse." Dependendo das fases de entrada em que você codifica as informações, que determina a fase do sinal de saída, portanto, definindo o estado lógico de saída '0' ou '1'. Isso é realmente processamento de informações e é isso que queremos. "

Este primeiro protótipo de dispositivo, embora fisicamente maior do que Fischer e seus colegas veem para eventual uso em grande escala, demonstra claramente a aplicabilidade dos fenômenos de onda de spin para processamento confiável de informações em frequências GHz.

Como os comprimentos de onda dessas ondas de spin são facilmente reduzidos à nanoescala, assim também (embora talvez não tão facilmente) pode ser o próprio dispositivo de portão. Fazer isso pode realmente melhorar a funcionalidade, reduzindo sua sensibilidade a flutuações de campo indesejadas. Além do mais, a nanoescala aumentará as velocidades das ondas de spin que permitirão um aumento na velocidade de computação.

"Nosso objetivo é a miniaturização do dispositivo, e quanto menor você torna o dispositivo, menos sensível se torna a essas influências, "Fischer disse." Se você olhar quantos comprimentos de onda cabem neste comprimento de propagação, quanto menos houver, menor será a influência de uma mudança no comprimento de onda na saída. Basicamente, reduzir a escala do dispositivo também traria mais benefícios. "

Além disso, muito parecido com antenas, um único dispositivo pode ser operado em múltiplas frequências simultaneamente. Isso permitirá a computação paralela usando o mesmo "núcleo" de um futuro processador de onda de spin.

"Um dos meus colegas em Kaiserslautern dedica-se à multiplexação e desmultiplexação de ondas de spin, "Fischer disse." Também estamos indo nessa direção, usar frequências múltiplas e isso seria um bom elogio [...] a este portão majoritário. "