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El chip de silicio cuenta con 25 dispositivos de transporte de spin. Foto: U. de Delaware.

Se consigue dar un gran paso hacia el desarrollo de nuevos chips microelectrónicos de silicio que empleen una fracción de la potencia energética que usan los actuales gracias al uso de la spintrónica.
Los electrones tienen una propiedad cuántica denominada spin que determina los momentos magnéticos de dichas partículas. Desde hace unos años se viene investigando en el uso de esta propiedad de los electrones con propósitos de computación en lugar de usar su carga eléctrica como hasta ahora. Un chips basado en el uso del spin de los electrones consumiría mucha menor energía y evitaría los problemas de sobrecalentamiento que aquejan a los actuales microprocesadores. Quizás también estos chips spintrónicos se puedan usar en el futuro para la implementación de computadoras cuánticas.
La microelectrónica moderna está basada en el silicio como material semiconductor, todo intento de un cambio radical en el uso de este material chocaría con la inercia de toda una industria que consigue manipularlo hasta escalas inauditas. Por tanto sería muy útil que la creación de chips spintrónicos (u otros) fuese sobre un substrato hecho de este material.
Ahora un grupo de investigadores dirigidos por Ian Appelbaum de la Universidad de Delaware en Newark (EEUU) ha conseguido la primera demostración de transporte y manipulación coherente del spin de electrones en silicio.
En la electrónica normal el campo eléctrico empuja a los electrones a través del circuito, y este proceso disipa energía en forma de calor. Por el contrario el spin de los electrones puede ser manipulado bajo un campo magnético sin que se produzca mucha disipación. Usando este sistema se consumiría mucha menos energía y se disiparía menor calor. La idea es alcanzar un control sobre el spin de los electrones similar al que se tiene actualmente sobre la carga de los mismos.
Hasta ahora sólo habían conseguido esta manipulación en materiales semiconductores exóticos como el arseniuro de galio.
En el nuevo chip de demostración, y no operacional, estos investigadores consiguen inyectar electrones desde una capa de aluminio a una de silicio cristalino puro a través de una capa muy fina de una material ferromagnético. El aluminio tiene cada mitad de sus electrones en una de las dos posibles orientaciones de spin, pero el material ferromagnético bloquea parte de los electrones con una orientación determinada dejando pasar a los demás a la capa de silicio. Después de la inyección los electrones en el silicio están sometidos a un campo magnético que obligaba a la precesión (un movimiento similar al de cabeceo de una peonza) y desfase del spin de los mismos, y que permite demostrar que el transporte se ha realizado con éxito.
De momento esta barrera ferromagnética dota al silicio de un exceso de sólo un 1% de electrones con un spin en concreto. Además el proceso se ha hecho a una temperatura de 85 kelvin. En un dispositivo real sería necesario un enriquecimiento del 100% y una temperatura cercana a la ambiente. Las mejoras necesarias para alcanzar dicha meta son inmensas y sólo después se podría pensar en hacer la integración de circuitos, pero este chip muestra que no es físicamente imposible.
Quizás en un futuro podamos usar un portátil sin agotar las baterías al cabo de un rato y sin calentarnos las piernas en verano gracias a este desarrollo.

Fuente: Nota de prensa de la Universidad de Delaware.