Ciencia de materiales
Controlando la electrónica mediante fotoexcitación: ¿Será la magnetita la puerta a dispositivos de próxima generación?
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El potencial de la espintrónica
Los componentes electrónicos, como los transistores, suelen fabricarse con silicio y utilizan semiconductores. Los ceros y unos binarios representan el paso o el bloqueo de corriente. La espintrónica ofrece otra vía: emplea el espín de los electrones, una propiedad cuántica fundamental, en lugar de basarse únicamente en su flujo.
La espintrónica tiene algunas ventajas sobre los sistemas electrónicos clásicos, en particular:
- Procesamiento más rápido, porque el espín puede cambiar con gran rapidez.
- Menor consumo energético: modificar el espín puede requerir menos energía que mantener una corriente de electrones.
- Se pueden usar metales simples en lugar de materiales semiconductores complejos.
La espintrónica se utiliza especialmente en discos duros y ha permitido aumentar la capacidad de almacenamiento durante la última década.
Un material que ya se utiliza en espintrónica es la magnetita, un mineral natural formado por oxígeno y hierro en dos estados de oxidación.
Fuente: Britannica
Aunque las propiedades magnéticas de la magnetita se conocen desde hace mucho tiempo, todavía queda mucho por descubrir.
Investigadores de la EPFL, en Suiza, han descubierto que los láseres pueden inducir fases de la magnetita antes desconocidas. Esto podría abrir el camino a una nueva generación de dispositivos electrónicos.
Las propiedades ocultas de la magnetita
Los investigadores se centraron en su transición de metal a aislante, que permite pasar de conducir electricidad a bloquearla. En una transición de fase, las propiedades cambian de forma marcada, como cuando el agua líquida se convierte en hielo.
Utilizando láseres de 800 y 400 nm, correspondientes al infrarrojo y a la luz visible, detectaron fases que no se habían identificado anteriormente.
Observar estos cambios exige medir intervalos extremadamente breves. Para ello utilizaron difracción electrónica ultrarrápida (UED), que permite seguir movimientos atómicos de menos de un picosegundo, es decir, una billonésima de segundo.
Cambio de configuración espacial
La estructura estudiada de la magnetita es una red monoclínica. Su celda unitaria se parece a una caja inclinada con tres aristas desiguales: dos ángulos son rectos y el tercero no.
Fuente: ACS
La luz de 800 nm comprime la estructura atómica y la transforma en una estructura cúbica. Las observaciones ultrarrápidas mostraron un proceso de tres etapas.
La luz de 400 nm, en cambio, expande la estructura y produce una configuración muy estable que actúa como aislante.
Esta configuración difiere del equilibrio estable conocido de la magnetita y permite comprender mejor la transición entre metal y aislante.
Nuevos sistemas electrónicos
El descubrimiento indica que la luz láser puede modificar el comportamiento del espín y de la corriente en la magnetita.
Los sistemas láser ultrarrápidos podrían cambiar de forma controlada la naturaleza del material mediante pulsos de fotones.
“Nuestro estudio abre camino a un enfoque novedoso para controlar la materia en una escala de tiempo ultrarrápida usando pulsos de fotón a medida.
Poder inducir y controlar fases ocultas en la magnetita podría tener implicaciones significativas para el desarrollo de materiales y dispositivos avanzados.
Por ejemplo, los materiales que pueden cambiar entre diferentes estados electrónicos de forma rápida y eficiente podrían usarse en computación y dispositivos de memoria de próxima generación.”
Mejor memoria
La espintrónica y la magnetita abren posibilidades para los fabricantes de electrónica. Lo que comenzó en los discos duros se extiende a otros sistemas de memoria.
Por ejemplo, la memoria dinámica de acceso aleatorio (DRAM) podría sustituirse por memoria magnética (MRAM). Una primera versión comercializada por Everspin se ha utilizado en aviones Airbus por su resistencia a los cambios de temperatura y a la radiación cósmica frente a las memorias tradicionales.
La MRAM también puede ocupar menos espacio y consumir hasta un 80 % menos de energía. Esto permitiría incorporarla como caché en procesadores con mayor capacidad, menor consumo y menos calor, dos limitaciones importantes para mejorar los procesadores.
¿Fotónica?
El uso de láseres para cambiar el estado de la magnetita recuerda a la fotónica, una de las alternativas que analizamos en nuestro artículo sobre empresas que llevan la computación más allá de los semiconductores.
Un sistema que ya utilice luz para calcular podría beneficiarse de una memoria cuyas fases también cambien mediante luz. Los resultados podrían convertirse directamente en datos, reduciendo etapas intermedias que consumen energía y ralentizan el proceso.
Empresas de espintrónica
1. Everspin Technologies
MRAM Gráfico de precios
Everspin surgió de la actividad de Freescale, hoy integrada en NXP (NXPI), dedicada a la memoria MRAM. Se escindió y salió a bolsa en 2016.
Everspin es considerada la líder en tecnología MRAM, heredando la experiencia de Freescale al ser la primera en comercializar un chip MRAM en 2006.
Como la MRAM conserva la información incluso sin corriente, se utiliza cada vez más en aplicaciones donde los datos son críticos.
Impulsado por aplicaciones omnipresentes como análisis de datos, computación en la nube, tanto terrestre como extraterrestre, inteligencia artificial (IA) y Edge IA, incluida la IoT industrial, se proyecta que el mercado de la memoria persistente crezca a una tasa compuesta anual (CAGR) del 27,5 % entre 2020 y 2030
Fuente: Everspin
La empresa estima que el mercado alcanzará 7.400 millones de dólares en 2027. No tiene deuda y registra flujo de caja libre positivo desde 2021.
Sus productos ocupan un nicho pequeño pero creciente en mercados que exigen fiabilidad: aeronáutica, satélites, registradores de datos y dispositivos de seguimiento de pacientes, entre otros.
Fuente: Everspin
El crecimiento de los conjuntos de chips, la IA y los sistemas sinápticos también podría impulsar a la empresa a largo plazo.
2. NVE Corporation
NVEC Gráfico de precios
Como otra empresa destacada de espintrónica, NVE trabaja en esta tecnología desde su primera patente de MRAM en 1995.
Produce sensores e aisladores basados en espintrónica, utilizados principalmente en sistemas de medición para automóviles, mecanismos, dispositivos médicos, fuentes de alimentación y otros equipos industriales.
Fuente: NVE
Esto sitúa a NVE en una categoría algo distinta de Everspin. NVE es más industrial y tiene una posición fuerte en el nicho de magnetómetros espintrónicos. Everspin se centra más en memoria y computación, colaborando y compitiendo con empresas como Intel (INTC ), Qualcomm (QCOM ), Toshiba y Samsung, que también desarrollan MRAM.
La elección depende del perfil del inversor. NVE podría atraer más a quienes buscan dividendos y un enfoque relativamente conservador.
