La logica magnetica crea chip mutabili
I transistor, i semplici interruttori al centro di tutta l'elettronica moderna, utilizzano generalmente una piccola tensione per alternare tra "acceso" e "spento". L'approccio alla tensione è altamente affidabile e facile da miniaturizzare, ma presenta i suoi svantaggi. Innanzitutto, mantenere la tensione attiva richiede energia, il che aumenta il consumo di energia del microchip. In secondo luogo, i transistor devono essere cablati nei chip e non possono essere riconfigurati, il che significa che i computer hanno bisogno di circuiti dedicati per tutte le loro funzioni.
Un gruppo di ricerca con sede presso il Korea Institute of Science and Technology (KIST) di Seoul, in Corea del Sud, ha sviluppato un circuito che può aggirare questi problemi. Il dispositivo, descritto in un articolo pubblicato sul sito Web di Nature il 30 gennaio, utilizza il magnetismo per controllare il flusso di elettroni attraverso un minuscolo ponte del materiale semiconduttore indio antimonide (S. Joo et al. Nature http://dx.doi.org /10.1038/nature11817; 2013). È "una nuova e interessante svolta su come implementare una porta logica", afferma Gian Salis, fisico del laboratorio di ricerca di Zurigo in Svizzera dell'IBM.
Il ponte ha due strati: un ponte inferiore con un eccesso di buchi caricati positivamente e un ponte superiore riempito prevalentemente con elettroni caricati negativamente. Grazie alle insolite proprietà elettroniche dell'antimonide indio, i ricercatori possono controllare il flusso di elettroni attraverso il ponte usando un campo magnetico perpendicolare. Quando impostano il campo in una direzione, gli elettroni vengono allontanati dal ponte inferiore positivo e fluiscono liberamente. Quando il campo magnetico viene capovolto, gli elettroni si schiantano sul ponte inferiore e si ricombinano con i fori, disattivando efficacemente l'interruttore (vedere "Blocco magnetico").
La capacità di una porta a logica magnetica di mantenere l'interruttore acceso o spento senza una tensione "potrebbe portare a una grande riduzione del consumo di energia", afferma il co-autore dello studio Jin Dong Song, un fisico del KIST. Ancora più impressionante, gli interruttori magnetici "possono essere gestiti come software", dice, semplicemente lanciando il campo per abilitare o disabilitare un circuito. Quindi un telefono cellulare potrebbe, ad esempio, riprogrammare un po 'del suo microcircuito per elaborare video mentre l'utente guardava una clip su YouTube, quindi riportare il chip all'elaborazione del segnale per rispondere a una telefonata. Ciò potrebbe ridurre notevolmente il volume dei circuiti necessari all'interno del telefono.
Tale logica riconfigurabile potrebbe essere preziosa nei satelliti, aggiunge Mark Johnson del Naval Research Laboratory di Washington DC, coautore del documento. Se parte di un chip fallisse in orbita, un altro settore potrebbe semplicemente essere riprogrammato per subentrare. "Hai guarito il circuito e l'hai fatto dalla Terra", dice.
Per cogliere davvero, tuttavia, la logica magnetica dovrebbe essere integrata con le tecnologie a base di silicio esistenti. Potrebbe non essere facile. Per prima cosa, l'antimonide di indio, il semiconduttore cruciale per i circuiti, non si presta bene ai processi di produzione utilizzati per produrre elettronica moderna, secondo Junichi Murota, un ricercatore che lavora con la nanoelettronica all'Università di Tohoku in Giappone. Johnson afferma che alla fine potrebbe essere possibile costruire ponti simili con il silicio.
Nemmeno l'integrazione dei magneti in miniatura necessari per controllare i dispositivi in un normale chip non sarebbe facile. Le aziende dovrebbero essere in grado di risolvere queste sfide, ma solo se decidono che i dispositivi valgono la pena, afferma Salis. Al momento, aggiunge, non è chiaro se i dispositivi funzioneranno bene con le dimensioni necessarie per un chip pratico, molto più piccolo delle dimensioni micrometriche dei prototipi.
Johnson nota tuttavia che il magnetismo sta già prendendo piede nella progettazione dei circuiti: alcuni dispositivi avanzati stanno iniziando a utilizzare una versione magnetica della memoria ad accesso casuale, un tipo di memoria che è stata storicamente costruita solo con transistor convenzionali. "Penso che sia già in atto uno spostamento", afferma.
