La lógica magnética crea chips mutables

El software puede transformar una computadora de un procesador de textos a un procesador de números a un teléfono de video. Pero el hardware subyacente no ha cambiado. Ahora, un tipo de transistor que se puede cambiar con magnetismo en lugar de electricidad también podría hacer que los circuitos sean maleables, lo que conduciría a dispositivos más eficientes y confiables, desde teléfonos inteligentes hasta satélites.

Los transistores, los interruptores simples en el corazón de toda la electrónica moderna, generalmente usan un voltaje pequeño para alternar entre "encendido" y "apagado". El enfoque de voltaje es altamente confiable y fácil de miniaturizar, pero tiene sus desventajas. Primero, mantener el voltaje requiere energía, lo que aumenta el consumo de energía del microchip. En segundo lugar, los transistores deben estar cableados en los chips y no pueden reconfigurarse, lo que significa que las computadoras necesitan circuitos dedicados para todas sus funciones.

Un grupo de investigación con sede en el Instituto de Ciencia y Tecnología de Corea (KIST) en Seúl, Corea del Sur, ha desarrollado un circuito que puede solucionar estos problemas. El dispositivo, descrito en un artículo publicado en el sitio web de Nature el 30 de enero, usa magnetismo para controlar el flujo de electrones a través de un puente minúsculo del material semiconductor antimoniuro de indio (S. Joo et al. Nature http://dx. doi.org/10.1038/nature11817; 2013). Es "un giro nuevo e interesante sobre cómo implementar una puerta lógica", dice Gian Salis, físico del Laboratorio de Investigación de Zúrich de IBM en Suiza.

El puente tiene dos capas: una cubierta inferior con un exceso de huecos cargados positivamente y una cubierta superior llena predominantemente de electrones cargados negativamente. Gracias a las propiedades electrónicas inusuales del antimoniuro de indio, los investigadores pueden controlar el flujo de electrones a través del puente utilizando un campo magnético perpendicular. Cuando establecen el campo en una dirección, los electrones se alejan de la plataforma inferior positiva y fluyen libremente. Cuando se invierte el campo magnético, los electrones chocan contra la plataforma inferior y se recombinan con los agujeros, apagando efectivamente el interruptor (ver 'Bloqueo magnético').

La capacidad de una puerta lógica magnética para mantener el interruptor encendido o apagado sin voltaje "podría conducir a una gran reducción del consumo de energía", dice el coautor del estudio Jin Dong Song, físico de KIST. Aún más impresionante, los interruptores magnéticos “pueden manejarse como un software”, dice, simplemente cambiando el campo para habilitar o deshabilitar un circuito. Por lo tanto, un teléfono móvil podría, por ejemplo, reprogramar un poco de su microcircuito para procesar video mientras su usuario mira un clip en YouTube, luego cambiar el chip nuevamente al procesamiento de señales para atender una llamada telefónica. Esto podría reducir en gran medida el volumen de los circuitos necesarios dentro del teléfono.
Tal lógica reconfigurable podría ser invaluable en los satélites, agrega Mark Johnson del Laboratorio de Investigación Naval en Washington DC, coautor del artículo. Si parte de un chip fallara en órbita, otro sector simplemente podría reprogramarse para tomar el control. "Has curado el circuito y lo has hecho desde la Tierra", dice.
Sin embargo, para realmente ponerse de moda, la lógica magnética tendría que integrarse con las tecnologías existentes basadas en silicio. Eso puede no ser fácil. Por un lado, el antimoniuro de indio, el semiconductor crucial para los circuitos, no se presta bien a los procesos de fabricación utilizados para fabricar productos electrónicos modernos, según Junichi Murota, investigador que trabaja con nanoelectrónica en la Universidad de Tohoku en Japón. Pero Johnson dice que eventualmente podría ser posible construir puentes similares con silicio.

Integrar los imanes en miniatura necesarios para controlar los dispositivos en un chip normal tampoco sería fácil. Las empresas deberían poder resolver estos desafíos, pero solo si deciden que los dispositivos valen la pena, dice Salis. Por el momento, agrega, no está claro si los dispositivos funcionarán bien en los tamaños necesarios para un chip práctico, mucho más pequeño que las dimensiones micrométricas de los prototipos.

Pero Johnson señala que el magnetismo ya se está poniendo de moda en el diseño de circuitos: algunos dispositivos avanzados están comenzando a usar una versión magnética de la memoria de acceso aleatorio, un tipo de memoria que históricamente se ha construido solo con transistores convencionales. “Creo que un cambio ya está en marcha†, dice.