Computación
Cómo la Spintrónica Quiral podría transformar la computación
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Cómo la spintrónica podría revolucionar la computación
Progressively, the world of hardware computing is starting to look beyond silicon chips, or even classical forms of binary computing altogether.
Esto se debe a que los chips y la memoria habituales en nuestras computadoras y centros de datos están siendo cada vez más difíciles de fabricar, y la última generación tiene transistores de apenas unos pocos nanómetros de tamaño.
Otro factor es que el consumo de energía se está convirtiendo en un problema a medida que la demanda de potencia de cálculo, particularmente para los sistemas de IA, sigue creciendo.
Existen muchas soluciones propuestas, siendo la computación cuántica y la fotónica las opciones más destacadas para reducir la demanda de cálculo o hacerlo más rápido y menos intensivo en energía.
Another is spintronics, which utilizes the spin of electrons, a quantum characteristic, instead of the electric current (the flow of electrons). -> Otra es la spintrónica, que utiliza el spin de los electrones, una característica cuántica, en lugar de la corriente eléctrica (el flujo de electrones).
Ventajas y aplicaciones potenciales de la spintrónica
Electronic components, such as transistors, are traditionally built from silicon and rely on semiconductors. The 0 and 1 signals in binary indicate the passing or blocking of an electric current. -> Los componentes electrónicos, como los transistores, se construyen tradicionalmente con silicio y dependen de los semiconductores. Las señales 0 y 1 en binario indican el paso o bloqueo de una corriente eléctrica.
An alternative way to perform computation is through spintronic devices, which run on the spin of electrons (a fundamental quantum characteristic) rather than the electric current (the flow of electrons).
Fuente: Insight IAS
Los datos pueden codificarse tanto en el momento angular de spin, que puede imaginarse como una orientación “arriba” o “abajo” incorporada del electrón, como en el momento angular orbital, que describe cómo los electrones se mueven alrededor de los núcleos atómicos.
Debido a que esto contiene más información que solo 0 y 1, el spin puede contener más datos por átomo que la electrónica tradicional.
Spintrónica tiene algunas otras ventajas sobre los sistemas electrónicos clásicos, notably:
- Datos más rápidos, ya que el spin puede cambiarse mucho más rápidamente.
- Menor consumo de energía, ya que el spin puede cambiarse con menos potencia que la necesaria para mantener un flujo de electrones que genere una corriente.
- Se pueden usar metales simples en lugar de materiales semiconductores complejos.
- El spin es menos volátil que el estado del semiconductor, lo que hace que el almacenamiento de datos sea más estable.
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| Característica | Electrónica tradicional | Spintrónica |
|---|---|---|
| Portador de información | Corriente eléctrica (0 o 1) | Spin del electrón (arriba/abajo) |
| Eficiencia energética | Alta demanda de energía | Uso de energía menor |
| Velocidad | Limitado por el flujo de corriente | Conmutación de spin más rápida |
| Materiales | Semiconductores complejos | Metales/óxidos simples |
| Estabilidad de datos | Almacenamiento volátil | Estable, no volátil |
La spintrónica se ha comercializado en cabezales de lectura de discos duros desde la década de 1990, aumentando significativamente la densidad de almacenamiento en las últimas décadas.
“El spin es una propiedad mecánico-cuántica de los electrones, que es como un pequeño imán que llevan los electrones, apuntando hacia arriba o hacia abajo.
Podemos aprovechar el spin de los electrones para transferir y procesar información en los llamados dispositivos spintrónicos.
Talieh Ghiasi – Postdoc Researcher at Delft University of Technology
Se ha logrado mucho progreso reciente en la spintrónica, por ejemplo, que la pérdida de spin puede convertirse de nuevo en magnetización, haciendo que la electrónica spintrónica sea aún más eficiente en energía, o que la spintrónica y el grafeno podrían alimentar circuitos cuánticos de próxima generación.
Y los científicos siguen descubriendo nuevos métodos para mejorar los dispositivos spintrónicos, como investigadores de la Universidad Nacional de Seúl (Corea del Sur), la Universidad de Corea, el Instituto Coreano de Ciencia y Tecnología y la Facultad de Medicina Feinberg (EE. UU.). Crearon nanohélices magnéticas que pueden controlar el spin de los electrones, lo que podría crear un campo completamente nuevo de dispositivos denominados “spintrónica quiral”.
Publicaron sus resultados en la prestigiosa revista científica Science1, bajo el título “Transporte selectivo de spin a través de nanohélices ferromagnéticas quirales”.
Spintrónica quiral
¿Qué es la quiralidad en la spintrónica?
En la naturaleza, la simetría es una característica fundamental de muchas cosas, incluidos los componentes del ADN y la propia luz. Es posible que dos moléculas casi idénticas difieran no en su composición o forma, sino en su orientación, un concepto llamado “quiralidad”.
La quiralidad puede explicarse en su forma más simple como la manera en que nuestra mano izquierda difiere de nuestra mano derecha, a pesar de que ambas manos son idénticas en forma, estructura y función.
La quiralidad desempeña un papel fundamental en la biología, ya que la selección natural ha seleccionado exclusivamente moléculas de ADN “dextrógiras”, azúcares y aminoácidos (el componente base de las proteínas).
Sin embargo, es rara en materiales inorgánicos, que tienden a estar desorganizados o a ser cristales sin quiralidad.
Cómo los metales adquieren quiralidad para la spintrónica
Los científicos lograron crear nanohélices magnéticas quirales tanto dextrógiras como levógiras mediante el control electroquímico del proceso de cristalización del metal. Se eligió una aleación de cobalto-hierro por sus propiedades ferromagnéticas.
Una innovación clave en este proceso es el uso de trazas de moléculas orgánicas quirales, como la cinconina o la cinconidina, que guiaron la formación de las hélices.
“En metales y materiales inorgánicos, controlar la quiralidad durante la síntesis es extremadamente difícil, especialmente a escala nanométrica.
El hecho de que pudiéramos programar la dirección de las hélices inorgánicas simplemente añadiendo moléculas quirales es un avance en la química de materiales.
Para demostrar la quiralidad de estas nanohélices, midieron los campos electromagnéticos (EMF) generados por las hélices bajo campos magnéticos rotatorios.
Esto crea una forma sencilla de comprobar si el material se produjo correctamente, ya que las hélices dextrógiras y levógiras generaron señales EMF opuestas, lo que permite una verificación cuantitativa de la quiralidad, sin requerir que el material magnético interactúe fuertemente con la luz, que es el método habitual para comprobar la quiralidad.
Más importante aún, descubrieron que estos metales magnéticos quirales también pueden guiar el spin en consecuencia: permiten preferentemente que pase una dirección de spin, mientras que el spin opuesto no puede.
“La quiralidad se entiende bien en moléculas orgánicas, donde la mano de una estructura a menudo determina su función biológica o química,”
Aplicaciones potenciales de la spintrónica quiral
A través de la magnetización inherente del material (alineación de spin), se hizo posible el transporte de spin a larga distancia a temperatura ambiente.
Este efecto resultó constante, sin importar el ángulo entre el eje quiral y la dirección de inyección del spin. Como no se observó en nanohélices no magnéticas de la misma escala, parece estar directamente vinculado a las hélices magnéticas quirales.
Esto constituiría el primer transporte de spin asimétrico descubierto en un material relativamente macroscópico.
El equipo también demostró un dispositivo de estado sólido que mostró señales de conducción dependientes de la quiralidad, allanando el camino para aplicaciones spintrónicas prácticas.
“Estas nanohélices logran una polarización de spin que supera el ~80 % — solo por su geometría y magnetismo,
Esta es una combinación rara de quiralidad estructural y ferromagnetismo intrínseco, que permite el filtrado de spin a temperatura ambiente sin circuitería magnética compleja ni criogenia, y ofrece una nueva forma de diseñar el comportamiento de los electrones mediante el diseño estructural.
Otra ventaja de esta nueva tecnología es que el proceso de fabricación es relativamente simple y barato, sin usar materiales raros ni tecnologías complejas.
“Creemos que este sistema podría convertirse en una plataforma para la spintrónica quiral y la arquitectura de nanostructuras magnéticas quirales.
Este trabajo representa una poderosa convergencia de geometría, magnetismo y transporte de spin, construida a partir de materiales inorgánicos escalables.
“La capacidad de controlar la mano (izquierda/derecha) e incluso el número de hebras (doble, múltiples hélices) mediante este versátil método electroquímico se espera que contribuya significativamente a nuevas áreas de aplicación.”
Entre la facilidad de producción y la posibilidad de transferencia de spin a larga distancia, esto podría ser muy útil para la producción de computadoras y redes totalmente basadas en spin, con ventajas económicas derivadas del menor consumo de energía y el almacenamiento de datos estable.
Invertir en innovadores de la spintrónica
1. Everspin Technologies
MRAM Gráfico de precios
Everspin es una rama de Freescale (ahora conocida como NXP, ticker NXPI) dedicada al desarrollo de sistemas de memoria MRAM, la forma más común de spintrónica que es comercialmente viable hoy en día. Se escindió y salió a bolsa en 2016.
Everspin es considerada la líder en tecnología MRAM (Memoria de Acceso Aleatorio Magnetorresistiva), heredando la experiencia de Freescale de ser la primera en comercializar un chip MRAM en 2006.
Debido a que la MRAM es una memoria que persiste incluso en ausencia de corriente, se usa cada vez más en casos de uso sensibles donde los datos críticos son demasiado importantes para arriesgar su pérdida.
Impulsado por aplicaciones omnipresentes como análisis de datos, computación en la nube, tanto terrestre como extraterrestre, inteligencia artificial (IA) y Edge IA, incluido el IoT industrial, se proyecta que el mercado de memoria persistente crecerá a una tasa compuesta anual (CAGR) del 27,5 % entre 2020 y 2030
Fuente: Everspin
La compañía estima que el mercado alcanzará un tamaño de 7,4 mil millones de dólares para 2027. La empresa no ha tenido deuda y ha tenido flujo de caja libre positivo desde 2021.
Los productos MRAM de Everspin están ocupando actualmente un nicho pequeño pero en crecimiento, sirviendo a mercados donde la fiabilidad es crucial, como aeroespacial, satélites, registradores de datos, dispositivos de monitorización de pacientes, etc.
Fuente: Everspin
El crecimiento de los conjuntos de chips, la IA y los sistemas sinápticos también podría ser un impulso a largo plazo para la empresa.
2. NVE Corporation
NVEC Gráfico de precios
Otro líder en spintrónica, NVE ha estado trabajando en esta tecnología desde su primera patente en tecnología MRAM en 1995. Produce sensores spintrónicos y aisladores, mayormente usados en sistemas de medición y sensores para automóviles, engranajes, dispositivos médicos, fuentes de alimentación y otros dispositivos industriales.
Fuente: NVE
Esto coloca a NVE en una categoría algo diferente a la de Everspin, siendo NVE más una empresa industrial con una posición fuerte en un nicho de mercado (magnetómetro que utiliza spintrónica), mientras que Everspin es más una empresa de memoria/computación que compite con compañías como Intel (INTC ), Qualcomm (QCOM ), Toshiba y Samsung, que también están desarrollando sus propios productos MRAM.
Esto puede hacer que la acción sea más (o menos) atractiva dependiendo del perfil de los inversores, siendo la acción de NVE más probable que atraiga a inversores más conservadores que buscan un rendimiento de dividendos y seguridad.
Estudios Referenciados
1. Yoo Sang Jeon, et al. Transporte selectivo de spin a través de nanohélices ferromagnéticas quirales. Science. 4 Sep 2025. Vol. 389, Número 6764. pág. 1031-1036. DOI: 10.1126/science.adx5963
