Computing
Come la Spintronica Chirale Potrebbe Trasformare il Computing
Aggiungi Securities.io alle tue fonti preferite su Google
Come la Spintronica Potrebbe Rivoluzionare il Computing
Progressivamente, il mondo dell’hardware informatico sta iniziando a guardare oltre i chip di silicio, o addirittura oltre le forme classiche di calcolo binario.
Ciò è dovuto al fatto che i chip e la memoria abituali nei nostri computer e nei data center stanno diventando sempre più difficili da produrre, con l’ultima generazione che presenta transistor di appena pochi nanometri di dimensione.
Un altro fattore è che il consumo energetico sta diventando un problema, poiché la domanda di potenza di calcolo, in particolare per i sistemi di IA, continua a crescere.
Esistono molte soluzioni proposte, con il calcolo quantistico e la fotonica che rappresentano le opzioni più importanti per ridurre la domanda di calcolo o renderla più veloce e meno energivora.
Un’altra è la spintronica, che utilizza lo spin degli elettroni, una caratteristica quantistica, invece della corrente elettrica (il flusso di elettroni).
Vantaggi e Applicazioni Potenziali della Spintronica
I componenti elettronici, come i transistor, sono tradizionalmente costruiti in silicio e si basano sui semiconduttori. I segnali 0 e 1 nel binario indicano il passaggio o il blocco di una corrente elettrica.
Un modo alternativo per eseguire il calcolo è attraverso dispositivi spintronici, che funzionano sullo spin degli elettroni (una caratteristica quantistica fondamentale) anziché sulla corrente elettrica (il flusso di elettroni).
Fonte: Insight IAS
I dati possono essere codificati sia nello spin del momento angolare, che può essere immaginato come un orientamento “su” o “giù” intrinseco dell’elettrone, sia nel momento angolare orbitale, che descrive come gli elettroni si muovono attorno ai nuclei atomici.
Poiché questo contiene più informazioni rispetto al semplice 0 e 1, lo spin può contenere più dati per atomo rispetto all’elettronica tradizionale.
La spintronica ha alcuni altri vantaggi rispetto ai sistemi elettronici classici, in particolare:
- Dati più veloci, poiché lo spin può essere modificato molto più rapidamente.
- Consumo energetico ridotto, poiché lo spin può essere modificato con meno potenza rispetto a quella necessaria per mantenere un flusso di elettroni per creare una corrente.
- Metalli semplici possono essere usati al posto di materiali semiconduttori complessi.
- Lo spin è meno volatile rispetto allo stato dei semiconduttori, rendendo l’archiviazione dei dati più stabile.
Scorri per spostarti →
| Caratteristica | Elettronica Tradizionale | Spintronica |
|---|---|---|
| Portatore di Informazione | Corrente elettrica (0 o 1) | Spin dell’elettrone (su/giù) |
| Efficienza Energetica | Elevata richiesta di energia | Minore consumo energetico |
| Velocità | Limitata dal flusso di corrente | Commutazione spin più veloce |
| Materiali | Semiconduttori complessi | Metalli/ossidi semplici |
| Stabilità dei Dati | Memoria volatile | Stabile, non volatile |
La spintronica è stata commercializzata nei testine di lettura dei dischi rigidi sin dagli anni ’90, aumentando significativamente la densità di archiviazione negli ultimi decenni.
“Lo spin è una proprietà quantistica degli elettroni, simile a un piccolo magnete trasportato dagli elettroni, che punta verso l’alto o verso il basso.
Possiamo sfruttare lo spin degli elettroni per trasferire e processare informazioni nei cosiddetti dispositivi spintronici.”
Talieh Ghiasi – Ricercatore Postdoc presso Delft University of Technology
Much recent progress has been made in spintronics, for example, that la perdita di spin può essere convertita nuovamente in magnetizzazione, rendendo l’elettronica spintronica ancora più efficiente dal punto di vista energetico, or that spintronica & grafene potrebbe alimentare circuiti quantistici di nuova generazione.
E gli scienziati stanno ancora scoprendo nuovi metodi per migliorare i dispositivi spintronici, come i ricercatori della Seoul National University (Corea del Sud), della Korea University, del Korea Institute of Science and Technology e della Feinberg School of Medicine (USA). Hanno creato nanoeliche magnetiche che possono controllare lo spin degli elettroni, il che potrebbe creare un intero nuovo campo di dispositivi cosiddetti “spintronica chirale”.
Hanno pubblicato i loro risultati sulla prestigiosa rivista scientifica Science1, con il titolo “Trasporto selettivo per spin attraverso nanoeliche ferromagnetiche chirali”.
Spintronica Chirale
Cos’è la Chirialità nella Spintronica?
In natura, la simmetria è una caratteristica fondamentale di molte cose, inclusi i componenti del DNA e la luce stessa. È possibile che due molecole quasi identiche differiscano non nella loro composizione o forma, ma nella loro orientazione, un concetto chiamato “chirialità”.
La chirialità può essere spiegata nella sua forma più semplice come il modo in cui la nostra mano sinistra differisce dalla destra, nonostante entrambe le mani siano identiche nella forma, nella struttura e nella funzione.
La chirialità svolge un ruolo fondamentale nella biologia, con la selezione naturale che ha selezionato esclusivamente molecole di DNA, zuccheri e amminoacidi “destrorsi” (la componente di base delle proteine).
È, tuttavia, rara nei materiali inorganici, che tendono a essere disorganizzati o cristalli privi di chirialità.
Come i Metalli Acquisiscono Chirialità per la Spintronica
Gli scienziati sono riusciti a creare nanoeliche magnetiche chirali sia destrorse che sinistre controllando elettrochimicamente il processo di cristallizzazione del metallo. È stata scelta una lega di cobalto-ferro per le sue proprietà ferromagnetiche.
Un’innovazione chiave in questo processo è l’uso di tracce di molecole organiche chirali, come la cinconina o la cinconidina, che hanno guidato la formazione delle eliche.
“Nei metalli e nei materiali inorganici, controllare la chirialità durante la sintesi è estremamente difficile, soprattutto a livello nanometrico.
Il fatto che potessimo programmare la direzione delle eliche inorganiche semplicemente aggiungendo molecole chirali è una svolta nella chimica dei materiali.
Prof. Ki Tae Nam – Professore presso Seoul National University
Per dimostrare la chirialità di queste nanoeliche, hanno misurato i campi elettromagnetici (EMF) generati dalle eliche sotto campi magnetici rotanti.
Ciò crea un modo semplice per verificare se il materiale è stato prodotto correttamente, poiché le eliche destrorse e sinistre producono segnali EMF opposti, consentendo una verifica quantitativa della chirialità, senza richiedere al materiale magnetico di interagire fortemente con la luce, il metodo usuale per controllare la chirialità.
Ancora più importante, hanno scoperto che questi metalli magnetici chirali possono anche guidare lo spin di conseguenza: permettono preferenzialmente il passaggio di una direzione di spin, mentre lo spin opposto non può passare.
“La chirialità è ben compresa nelle molecole organiche, dove la mano di una struttura spesso determina la sua funzione biologica o chimica,”
Prof. Ki Tae Nam – Professore presso Seoul National University
Applicazioni Potenziali della Spintronica Chirale
Grazie alla magnetizzazione intrinseca del materiale (allineamento dello spin), è diventato possibile il trasporto di spin a lunga distanza a temperatura ambiente.
Questo effetto si è dimostrato costante, indipendentemente dall’angolo tra l’asse chirale e la direzione di iniezione dello spin. Poiché non è stato osservato in nanoeliche non magnetiche della stessa scala, sembra essere direttamente collegato alle eliche magnetiche chirali.
Questo rappresenterebbe il primo trasporto di spin asimmetrico mai scoperto in un materiale relativamente macro-scala.
Il team ha anche dimostrato un dispositivo a stato solido che mostrava segnali di conduzione dipendenti dalla chirialità, aprendo la strada a applicazioni spintroniche pratiche.
“Queste nanoeliche raggiungono una polarizzazione di spin superiore all’~80% — solo grazie alla loro geometria e al magnetismo,”
Questa è una rara combinazione di chirialità strutturale e ferromagnetismo intrinseco, che consente il filtraggio dello spin a temperatura ambiente senza circuiterie magnetiche complesse o criogenia, e fornisce un nuovo modo di progettare il comportamento degli elettroni mediante il design strutturale.
Un altro vantaggio di questa nuova tecnologia è che il processo di produzione è relativamente semplice ed economico, senza l’uso di materiali rari o tecnologie complesse.
“Crediamo che questo sistema possa diventare una piattaforma per la spintronica chirale e l’architettura di nanostrutture magnetiche chirali.
Questo lavoro rappresenta una potente convergenza di geometria, magnetismo e trasporto di spin, costruita su materiali inorganici scalabili.
È ancora necessario molto lavoro per esplorare pienamente il potenziale di questa nuova idea e dei materiali. Per esempio, il numero di filamenti (doppie, eliche multiple) può essere modificato a piacere e potrebbe produrre caratteristiche diverse ancora da scoprire.
La capacità di controllare la mano (sinistra/destra) e persino il numero di filamenti (doppie, eliche multiple) utilizzando questo versatile metodo elettrochimico dovrebbe contribuire in modo significativo a nuove aree di applicazione.
Tra la facilità di produzione e la possibilità di trasferimento di spin a lunga distanza, questo potrebbe essere molto utile per la produzione di computer e reti completamente basati sullo spin, con vantaggi economici derivanti da un minore consumo energetico e da una memorizzazione dei dati stabile.
Investire negli Innovatori della Spintronica
1. Everspin Technologies
MRAM Grafico dei prezzi
Everspin è una divisione di Freescale (ora conosciuta come NXP, ticker azionario NXPI) dedicata allo sviluppo di sistemi di memoria MRAM, la forma più comune di spintronica commercialmente valida oggi. È stata scorporata e quotata in borsa nel 2016.
Everspin è considerata il leader della tecnologia MRAM (Magnetoresistive Random-Access Memory), ereditando l’esperienza di Freescale di essere la prima a commercializzare un chip MRAM nel 2006.
Poiché la MRAM è una memoria che persiste anche in assenza di corrente, è sempre più utilizzata in casi d’uso sensibili dove i dati critici sono troppo importanti per rischiare perdite.
Spinta da applicazioni pervasive come l’analisi dei dati, il cloud computing, sia terrestre che extraterrestre, l’intelligenza artificiale (IA) e l’Edge AI, inclusi l’Industrial IoT, il mercato della memoria persistente dovrebbe crescere a un CAGR del 27,5% tra il 2020 e il 2030
Fonte: Everspin
L’azienda stima che il mercato raggiungerà una dimensione di 7,4 miliardi di dollari entro il 2027. L’azienda non ha debiti e ha un flusso di cassa libero positivo dal 2021.
I prodotti MRAM di Everspin occupano attualmente una nicchia piccola ma in crescita, servendo mercati dove l’affidabilità è cruciale, come l’aerospazio, i satelliti, i registratori di dati, i dispositivi di monitoraggio dei pazienti, ecc.
Fonte: Everspin
La crescita dei chipset, dell’IA e dei sistemi sinaptici potrebbe anche rappresentare un impulso a lungo termine per l’azienda.
2. NVE Corporation
NVEC Grafico dei prezzi
Un altro leader della spintronica, NVE ha lavorato su questa tecnologia sin dal suo primo brevetto nella tecnologia MRAM nel 1995. Produce spintronici sensori e isolatori, principalmente utilizzati nei sistemi di misura e sensori per auto, ingranaggi, dispositivi medici, alimentatori e altri dispositivi industriali.
Fonte: NVE
Ciò colloca NVE in una categoria leggermente diversa rispetto a Everspin, con NVE più simile a un’azienda industriale con una forte posizione in un mercato di nicchia (magnetometro che utilizza la spintronica), mentre Everspin è più una società di memoria/calcolo che lavora in concorrenza con aziende come Intel (INTC ), Qualcomm (QCOM ), Toshiba e Samsung, che stanno anch’essi sviluppando il proprio prodotto MRAM.
Può rendere l’azione più (o meno) attraente a seconda dei profili degli investitori, con l’azione di NVE più probabile ad attrarre investitori più conservatori alla ricerca di un rendimento da dividendo e sicurezza.
Studi Citati
1. Yoo Sang Jeon, et al. Trasporto selettivo per spin attraverso nanoeliche ferromagnetiche chirali. Science. 4 Sep 2025. Vol 389, Numero 6764. pp. 1031-1036. DOI: 10.1126/science.adx5963
