SPINTRÓNICA Patricio Ramón S Universidad Politécnica Salesiana Cuenca – Ecuador

SPINTRÓNICA
Patricio Ramón S
Universidad Politécnica Salesiana
Cuenca – Ecuador
Correo – e: [email protected]
1.
INTRODUCCIÓN.
Con el descubrimiento del espín surge un nuevo momento magnético, el momento dipolar magnético o momento del espín.
Recordemos que el espín se encuentra al observar que un cuerpo cargado en rotación puede considerarse como una colección de
elementos de carga con masa, todos rotando en orbitas circulares alrededor de una línea fija, eje de rotación.
La espintrónica es una consecuencia del espín, una propiedad ligada al magnetismo y a la consideración cuántica relativista de
los electrones.
Hacia 1920 los científicos llegaron a la conclusión que para describir a los electrones en el átomo, además de los números
cuánticos “clásicos”, se requería de un cuarto concepto, el llamado espín del electrón, derivado del hecho de que, aparte de su
masa y carga eléctrica, los electrones rotan.
La revista SCIENCE ha considerado el avance de la aplicación de la espintrónica como uno de los diez hechos científicos más
relevantes en la actualidad. Por ello, en este ensayo nos ocuparemos de este tema que tanta repercusión tiene en nuestra vida
práctica.
2. DESARROLLO.
La palabra espintrónica es un neologismo derivado de los conceptos de "espín" y "electrónica" y se conoce también con el
nombre de magnetoelectrónica.
Un dispositivo espintrónico operaría con electrones polarizados, es decir, que todos ellos posean el mismo valor de espín y con
sistemas capaces de ser sensibles a dicha polarización. [1]
En esencia, la espintrónica no es más que una tecnología emergente que posee un enorme potencial en el campo de la
electrónica y el almacenamiento y transmisión de datos.
Los chips del futuro basarán su funcionamiento en el spin de los electrones en lugar de utilizar su carga eléctrica como lo hacen
en la actualidad.
El espín se representa con un vector y lleva asociado un diminuto campo magnético. Para un electrón (esfera) que gire de oeste a
este, el vector apunta hacia el norte (arriba) y si gira de este a oeste el vector se dirige al sur (abajo).
Se denomina spin de un electrón a un estado de energía magnética débil que puede tomar solo dos valores: los
correspondientes a la mitad del valor de la constante de Planck dividida por dos veces el valor de PI, con signo positivo o
negativo. [2]
Figura 1
[2]
Puede que comprender el concepto de spin resulte bastante complejo, pero lo concreto es que puede tener solo dos valores
perfectamente determinados, algo que a la aritmética binaria le viene como anillo al dedo.
Figura 2
[2]
Un dispositivo espintrónico operaría con electrones polarizados, es decir, que todos ellos posean el mismo valor de espín y con
sistemas capaces de ser sensibles a dicha polarización. En tal caso, un dispositivo espintrónico muy simple usando electrones
"espín polarizados" podría permitir la transmisión de un par de señales por un único canal, produciendo una señal diferente para
los dos valores posibles, duplicando así el ancho de banda del cable.
Es un hecho que el mundo de la informática avanza a un ritmo vertiginoso. Apenas hemos comprado un potente ordenador, ya
se ha quedado anticuado ante la aparición de otro más moderno.
Sin embargo, la innovación que anuncia un equipo de investigadores de la Universidad Estatal de Ohio puede ser mucho más
profunda: han presentado un dispositivo de memoria para ordenadores que se basa en el espín de los electrones [3]
Figura 3
Se debe recordar que la informática tal como la conocemos hoy codifica los datos del ordenador mediante un código binario de
ceros y unos. Según el electrón esté presente o no en el punto de referencia, el valor es cero o uno. Sin embargo,
la ‘espintrónica’ trabaja con dos posiciones: el espín hacia arriba o hacia abajo, controlando los electrones mediante un campo
magnético, y de este modo los ordenadores pueden almacenar y transferir con la misma eficacia el doble de datos por cada
electrón.
Según Arthur Epstein, responsable del proyecto, el dispositivo que permite este funcionamiento es tan sólo una tira delgada de
color oscuro realizada con una mezcla de materiales orgánicos y polímero magnético, de la que resulta un híbrido semiconductor.
Pero ya han sido capaces de grabar y leer datos con éxito. [3]
Figura 4
Instalaciones de la Universidad de Ohio, donde se desarrolla el proyecto
Se trata de un paso intermedio entre los materiales de los actuales ordenadores y “las computadoras espintrónicas del futuro”
las cuales estarán hechas enteramente de polímeros.
La espintrónica nos permite solucionar muchos de los problemas que presenta la informática actual.
Así, por ejemplo, la placa madre de los ordenadores actuales consume mucha energía, necesaria para enfriarla. Ello también
influye en el tamaño de los chips, ya que no pueden ser demasiado pequeños debido a que, en ese caso, el sobrecalentamiento
sería insoportable.
En cambio, los dispositivos espintrónicos se energizan como mucha menos electricidad y apenas producen calor, con lo que
requieren menor gasto energético. Dando como resultado que las baterías de alimentación necesarias serían mucho más pequeñas.
APLICACIONES
En un futuro próximo se comercializarán las memorias magnéticas no volátiles basadas en “uniones túnel magnéticas” de
aplicación en las memorias RAM de ordenadores y en memorias para cámaras digitales, teléfonos móviles.
Desarrollar semiconductores capaces de manipular el magnetismo de los electrones. Y los semiconductores se utilizan para
fabricar microchips, que están en el corazón de todos los ordenadores y de muchos otros dispositivos electrónicos.
Según el Nobel Albert Fert "la investigación está abriendo muchas posibles vías "que incluso afectan al campo de la medicina,
permitiendo "detectar las biomoléculas" mediante procesos magnéticos”.
Desde hace años los científicos de IBM comprobaron que pequeñas alteraciones en las resistencias magnéticas aumentaban de
manera exponencial la capacidad de los discos duros, permitiendo así, entre otras cosas, reducir el tamaño de los aparatos
electrónicos.
Figura 5
Discos duros ya utilizan un dispositivo de lectura de spin-sensibles [4]
Existen algunas aplicaciones prácticas como algunos de los dispositivos magnetoelectrónicos comercializados , como las
cabezas lectoras magnetorresistivas que utilizamos para leer la información almacenada magnéticamente en los discos duros de
nuestros ordenadores o los sensores de posición de no contacto para automóviles, en el ámbito de la seguridad y comodidad.
La espintrónica no solo servirá para desarrollar dispositivos de almacenamiento de datos: “podría usarse para reemplazar toda la
parte lógica de un ordenador, desde el microprocesador al disco duro y la memoria RAM”.
La importancia de los avances en espintrónica radica en que esta tecnología resultará clave para crear los llamados "bits
cuánticos" o qubits, con los que se espera aprovechar los estados del espín como superposiciones de 0 y 1,
dando lugar a una nueva generación de ordenadores conocidos como ordenadores cuánticos.
En los ordenadores tradicionales, los bits actuales oscilan constantemente entre el 0 y el 1 mientras llevan a cabo su trabajo. A
diferencia que en los sistemas cuánticos partículas como el electrón pueden estar en dos estados a la vez, en un fenómeno
conocido como superposición de estados.
Nuevos materiales para fabricar dispositivos espintrónicos es el grafeno, han propuesto fabricar materiales consistentes en capas
de
grafeno
combinadas
con
capas
magnéticas
y
no
magnéticas.
Organizando de modo apropiado la magnetización de las capas magnéticas, éstas pueden emplearse para crear un espectro
completo de dispositivos espintrónicos, incluyendo transistores, puertas lógicas y microchips reescribibles, entre muchos otros
Finalmente la espintrónica trata de utilizar una de las propiedades que tienen las partículas fundamentales, es decir el espín, de
la misma manera que la electrónica, “es esencialmente una tecnología o una ciencia que aprovecha todas las propiedades del
electrón, su carga y masa, que nos sirven para transmitir energía e información.
3. CONCLUSIONES.
La espintrónica será la informática del futuro, marcará un antes y un después en la ciencia. El tiempo lo dirá.
Lo que queda claro, es si la espintrónica puede superar el problema de la calefacción que la electrónica convencional se enfrenta
a sus propios dispositivos cada vez más pequeños.
Los dispositivos espintrónicos deben ser más rápidos y requerir menos energía que los dispositivos electrónicos tradicionales.
El grafeno es bastante sorprendente. Debido a las especiales características del material, en él los electrones se comportan de
manera tal que su masa "desaparece" a efectos prácticos; en otras palabras, se mueven sin inercia, como los rayos de luz o las
partículas aceleradas a velocidades relativistas cercanas a la de la luz.
Los "bits cuánticos" de la espintrónica qubits explotan a los estados del espín como superposiciones de 0 y 1 que pueden
representar simultáneamente cada número entre 0 y 255
La esperanza es que con la espintrónica, si no se logran reducir los costos de algunos servicios, por lo menos se obtenga más
calidad al mismo precio, esta revolución promete cambiar todo nuestro sistema de vida y, por supuesto, hacerlo más rápidamente
que la anterior.
La manipulación de los espines es, en teoría, relativamente sencilla, pero su inyección y detección en condiciones prácticas
constituye un enorme reto en los próximos años
El resultado de la espintrónica nos podría llevar a los equipos que requieren mucha menos energía que los convencionales
logrando así una conservación de nuestro planeta ya que ha eso debemos apuntar cualquier proyecto para dejar un mundo donde
se pueda habitar para las nuevas generaciones.
4. BIBLIOGRAFÍA.
[1] http://cdge5espint.wordpress.com
[2] http://electronica.etitudela.com
[3] http://www.sciencedaily.com
[4] http://www.solociencia.com
[5] http://www.fundacionempresaspolar.org