Llegan los microchip en tres dimensiones

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Ilustración de la portada de la revista 'Nature' sobre la creación de los primeros microchips 3D. / LindenArtWork

Toda la tecnología actual depende de algo tan simple como el movimiento de los electrones. Se aprovecha su diferencial de carga eléctrica para apagar o encender un transistor (que se convierten en los ceros y unos del lenguaje digital). Su sencillez es también su gran limitación. El movimiento de la información sólo puede hacerse en dos dimensiones. ¿Por qué no aprovechar también su carga magnética para transportar los datos? Eso es lo que han logrado un grupo de científicos, abriendo el camino a los microchips 3D.

"Los chips de hoy en día son como bungalows, todo sucede en la misma planta. Nosotros hemos creado las escaleras que permiten que la información pase entre los pisos", compara Reinoud Lavrijsen, del Laboratorio Cavendish de la Universidad de Cambridge y coautor de la investigación que aparece en la presente edición de la revista Nature.

El Thin Film Magnetism Group de esta universidad ha aprovechado que los electrones, además de estados eléctricos también tienen un determinado momento magnético, lo que se conoce como espín, para mover la información no sólo en sentido horizontal sino también en vertical. En los chips convencionales, el almacenamiento o transporte de un bit se realiza mediante los llamados registros de desplazamiento (shift register, en inglés) compuestos de varios transistores, la unidad básica del chip, conectados entre sí.  "Pero estos chips mueven los datos horizontalmente, nosotros los movemos además verticalmente", explica Russell Cowburn, también del Laboratorio Cavendish.

Lo que han hecho los investigadores de la universidad británica es crear un microchip espintrónico. Aquí, sobre una base de silicio, fueron levantando capas de átomos de cobalto y platino para almacenar los bits. Con esto ya bastaría para tener un chip capaz de mover la información de izquierda a derecha o del fondo a adelante. Pero, con el añadido de átomos de rutenio, lograron transportarla de una capa a otra, actuando como si fueran mensajeros. La técnica puede recordar a la forma en la que se fabrican los discos duros, capa a capa. Pero, en éstos, la información no viaja de una a la otra y en aquéllos estas capas son de un grosor casi subatómico.

Aún más fascinante es el medio que han usado para ese viaje de la información. En el mundo que podemos percibir con nuestros sentidos, en particular en los lagos y canales de agua, a veces se produce una onda solitaria que se propaga casi sin fin. En física la llaman solitón y aquí los investigadores han usado las diferencias de magnetización entre capas para que la información suba o bajo de una a otra a lomos de solitones. Estas ondas solitarias tiene la propiedad de que pueden ser manipuladas con un campo magnético externo o con el propio espín de las partículas. De esta manera, se puede activar una capa de las capas para que forme y mueva un solitón arriba o abajo. De nuevo estamos ante el on/off en el que se apoya el procesamiento de la información.

En los experimentos que han realizado, lograron una funcionalidad electrónica equivalente a 20 transistores. Además, la posibilidad de propagar de forma selectiva un solitón de carga negativa o positiva podría permitir que los shift register pudieran realizar complejas operaciones lógicas. "Vemos una superred de cientos de capas, donde los solitones son inyectados en su parte superior o inferior e impulsados unidireccionalmente de un extremo a otro", dicen los investigadores en su artículo. Esto podría disparar la capacidad de almacenamiento de datos de los sistemas de memoria actuales al poder almacenar múltiples bits donde hoy sólo cabe uno. Bienvenidos al futuro.

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