Spintrónica

SPINTRÓNICA
1.
2.
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.
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.
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.
3.
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 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
investigadores de la Universidad Estatal de Ohio puede
mucho más profunda: han presentado un dispositivo
memoria para ordenadores que se basa en el espín de
electrones [3]
de
ser
de
los
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.
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]
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 spinsensibles [4]
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
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.
las partículas aceleradas a velocidades relativistas cercanas a la
de la luz.
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.
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
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.
4. 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
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.
5. 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