Gli scienziati delle Università di Münster e Heidelberg hanno progettato una vasta rete di guide d’onda di spin che elabora le informazioni con un consumo energetico molto inferiore.
I ricercatori delle Università di Münster e Heidelberg hanno sviluppato un nuovo metodo per realizzare creare reti di grandi dimensioni in grado di elaborare le informazioni di domani, progettando una vasta rete di guide d’onda di spin che elabora le informazioni con un consumo energetico molto inferiore. Queste increspature quantistiche di onde di spin nei materiali magnetici offrono un’alternativa promettente all’elettronica ad alto consumo energetico.
La rapida crescita delle applicazioni di intelligenza artificiale comporta esigenze sempre più gravose alle infrastrutture energetiche che però rappresentano uno stimolo per trovare soluzioni a risparmio energetico per l’hardware di IA. Un’idea promettente è l’uso delle cosiddette spin waves per elaborare le informazioni. Il team, guidato dal fisico Prof. Rudolf Bratschitsch dell’Università di Münster, ha sviluppato un nuovo modo per produrre guide d’onda in cui le spin waves possono propagarsi a distanze particolarmente elevate, creaando la più grande rete di guide d’onda di spin mai realizzata prima. Inoltre il gruppo è riuscito a controllare in modo specifico le proprietà dell’onda di spin trasmessa nella guida d’onda; per esempio, sono stati in grado di alterare con precisione la lunghezza d’onda e la riflessione dell’onda di spin a una determinata interfaccia. Lo studio è stato pubblicato sulla rivista scientifica Nature Materials.
Usare le onde di spin
Lo spin dell’elettrone è una grandezza quantistica descritta anche come momento angolare intrinseco. L’allineamento di molti spin in un materiale ne determina le proprietà magnetiche. Se una corrente alternata viene applicata a un materiale magnetico tramite un’antenna, generando così un campo magnetico variabile, gli spin nel materiale possono generare un’onda di spin.
Le onde di spin sono già state utilizzate per creare singoli componenti, come porte logiche che elaborano segnali binari in ingresso in segnali binari in uscita, o multiplexer che selezionano uno tra diversi segnali in ingresso. Finora però i componenti non erano collegati per formare un circuito più grande. “Il fatto che reti più grandi come quelle utilizzate in elettronica non siano ancora state realizzate è in parte dovuto alla forte attenuazione delle onde di spin nelle guide d’onda che collegano i singoli elementi di commutazione, soprattutto se sono più strette di un micrometro e quindi su scala nanometrica” spiega Bratschitsch.
I ricercatori delle università tedesche ha utilizzato il materiale con la più bassa attenuazione attualmente conosciuta: il granato di ittrio e ferro (YIG); hanno inscritto singole guide d’onda di spin in un film sottile di 110 nanometri di questo materiale magnetico utilizzando un fascio di ioni di silicio e hanno prodotto un’ampia rete con 198 nodi. Il nuovo metodo consente di produrre strutture complesse di alta qualità in modo flessibile e riproducibile.
Il progetto è stato finanziato dalla Fondazione Tedesca per la Ricerca (DFG), nell’ambito del Centro di Ricerca Collaborativa 1459 “Materia Intelligente”.
Foto: Robert Schmidt (Bratschitsch group)
