Magnones de nanofibras para la computación magnética.

Hasta el momento conocemos computadoras con circuitos eléctricos basadas en la circulación de electrones y otras, en desarrollo, cien veces más veloces centradas en la circulación de fotones. El magnetismo ofrece nuevas formas de crear computadoras más potentes y energéticamente eficientes, pero la realización de la computación magnética requiere de un complejo trabajo a nanoescala. Los científicos de la Technische Universität Kaiserslautern y de la Universidad de Viena, en el artículo Propagation of Spin-Wave Packets in Individual Nanosized Yttrium Iron Garnet Magnonic Conduits, publicado en la revista Nano Letters, han informado de un avance crítico en el campo de la computación de potencia ultrabaja utilizando ondas magnéticas.

Crédito: Nano Letters, 2020, 6, 4220-4227

Una perturbación local en el orden magnético de un imán puede propagarse a través de un material en forma de onda. Estas ondas se conocen como ondas de espín y sus cuasi partículas asociadas se llaman magnones (en analogía con los fotones). Los investigadores utilizan magnones para el desarrollo de nuevos tipos de computadoras, que complementan potencialmente los procesadores convencionales basados ​​en electrones utilizados hoy en día. Las computadoras basadas en magnones pueden ser más poderosas y, sobre todo, consumir menos energía. Un requisito previo importante es llevar los tamaños de los materiales  estructurales a la escala nanométrica. 

Tal perspectiva  abriría, por ejemplo, el acceso al desarrollo de sistemas informáticos neuromórficos inspirados en las funcionalidades del cerebro humano. Sin embargo, la reducción de la escala de la tecnología magnónica a la nanoescala es desafiante. Un material muy prometedor para aplicaciones magnónicas es el YIG, granate de hierro de itrio (Y₃Fe₅Si₃O₁₂). El YIG es una especie de “material magnético noble”, en ál los magnones persisten unas cien veces más que en otros materiales. Pero YIG es muy complejo y difícil de manejar si intentas hacer pequeñas nanoestructuras. Durante décadas las estructuras YIG tuvieron tamaños de varios milímetro. En el artículo citado han logrado disminuir el tamaño a 50 nanómetros, 100.000 veces más pequeño. Para logralo utilizaron películas YIG (44 nm). Una capa delgada de metal  llamada máscara, se fabrica en la parte superior del YIG, dejando la mayor parte de la película expuesta. Luego, el conjunto es  bombardeado por un poderoso flujo de iones de argón para eliminar las partes desprotegidas de YIG, mientras el material debajo de la máscara permanece intacto. Luego, se quita la máscara metálica, obteniéndose una nanofibra de YIG delgada de 50 nm de ancho por 44 nm de alto. Los materiales adecuados para la máscara surgen de una combinación de capas de cromo y titanio. Después de la estructuración exitosa, los científicos continuaron estudiando la propagación de los magnones para evaluar si las estructuras YIG de tamaño nanométrico tenían propiedades superiores de las películas YIG clásicas. Pudieron demostrar experimentalmente, acorde a las predicciones teóricas , que los magnones pueden transportar información de manera eficiente a largas distancias a través de los conductos de nanofibras. Estos resultados constituyen un hito significativo en el desarrollo de circuitos magnónicos y demuestran la viabilidad general del procesamiento de datos centrado en magnones en vez de electrones o fotones.

Lectura complementaria:

Propagation of Spin-Wave Packets in Individual Nanosized...