Los científicos de la Universidad de Cambridge están trabajando en la combinación de dos campos de la investigación de la física del estado sólido, la espintrónica y los superconductores, con el fin de desarrollar lo que esperan que se convierta en la base de la próxima generación de tecnología de centros de datos, quizás en la próxima década.
Los centros de datos son los motores de la economía digital. Pero también consumen mucha energía por derecho propio, con los investigadores citando estima que alrededor del tres por ciento de la energía generada en Europa ya está siendo utilizada por los centros de datos.
Por lo tanto, un impulso para la investigación es aplicar la tecnología ‘superspin’ para reducir sustancialmente el consumo de energía de la computación de alto rendimiento y el almacenamiento de datos. Los superconductores permiten la propagación de la carga eléctrica sin resistencia electrónica y, por lo tanto, mantienen la tentadora promesa, en términos de equipos informáticos, de transportar carga electrónica sin pérdida de energía.
Aunque, en esta etapa de la investigación, todavía hay un signo de interrogación sobre si los requisitos de enfriamiento de la utilización de superconductores resultarán en un menor consumo de energía en general o no. De ahí la necesidad de realizar más investigaciones.
“La superconductividad requiere necesariamente una temperatura baja”, explica el Dr. Jason Robinson, uno de los líderes del proyecto. “Nadie ha descubierto la superconductividad a temperatura ambiente.
“La pregunta crucial es: ¿la energía requerida para enfriar será menor que la pérdida de energía actual debido a la eficiencia energética de la espintrónica? Si enfriar cuesta más de lo que cuesta actualmente en términos de lo que perdemos, entonces no vale la pena. Eso es lo que estamos explorando “.
“Nuestros cálculos básicos sugieren que la espintrónica superconductora será mucho más eficiente en energía que la espintrónica actual”, agrega.
Otro impulsor de la investigación es utilizar superspin como una posible alternativa a la tecnología de semiconductores, como una nueva ruta para sustentar la Ley de Moore de contracción de la electrónica, justo cuando la capacidad de los ingenieros para empaquetar más transistores en circuitos integrados comienza a parecer que está llegando a su fin. El final del camino. La espintrónica propone utilizar la alineación de espín de los electrones como medio para almacenar (el 0 o 1 de) datos digitales.
“La tecnología de la información ahora se basa en objetos tan pequeños que simplemente no se pueden usar superconductores convencionales”, señala Robinson. “Al combinar la superconductividad con la espintrónica, no solo se pueden crear circuitos sin [energy] disipación, pero es que creas nueva física. Eso significa que hay muchas oportunidades nuevas creadas a través de esta combinación.
“Hay mucha física por descubrir por explorar”.
los Proyecto dirigido por Cambridge ha recibido una subvención de £ 2.7 millones del Consejo de Investigación de Ingeniería y Ciencias Físicas del Reino Unido, con un enfoque en el desarrollo de un dispositivo prototipo de espintrónica superconductora durante los próximos cinco años para demostrar su modelado teórico de que la tecnología combinada es de hecho más eficiente energéticamente que simplemente usar espintrónica.
“Es importante entender que este es el primer programa financiado por superconductividad y espintrónica”, agrega Robinson. “La forma en que se ha configurado la subvención en los primeros tres años hay una serie de proyectos paralelos. Algunas son aplicaciones más sesgadas que otras, pero el material de la aplicación tiene que desarrollarse junto con la ciencia … Todo lo que hacemos nos está moviendo hacia el prototipo “.
“Es un programa fundamental con el objetivo de activar aplicaciones en espintrónica. Hay mucha ciencia que no comprendemos actualmente y que necesitamos comprender para poder hacer el mejor prototipo posible. Tenemos suficiente ciencia para saber que podemos hacer un prototipo. La pregunta es si podemos hacer el mejor prototipo ”, agrega. “[And] qué debemos hacer para poder hacer un dispositivo que sea intercambiable, en el que no solo pueda almacenar información, sino que también pueda procesarla “.
El proyecto se basa en investigación previa realizada en Cambridgey en otros lugares, para combinar espintrónica y superconductores, una hazaña que antes se pensaba imposible, gracias a la superconductividad que cancela el giro electrónico.
Sin embargo, el mismo grupo de investigación en Cambridge encontró una solución para eso, involucrando imanes. Utilizando inicialmente una capa de un material magnético de tierras raras, aunque el grupo ha demostrado desde entonces que se pueden usar varios materiales magnéticos, según Robinson.
“Hace unos años, nuestro grupo descubrió que, en realidad, si combina supercomputadoras con imanes, puede crear un nuevo tipo de Pareja de Cooper [paired electrons], que en lugar de tener dos electrones con espines antiparalelos, puede crear pares que tengan espines en línea paralelos. Así que ahora tiene los beneficios de la superconductividad y la capacidad de transportar espín en el estado superconductor “.
Otra área que le entusiasma de la combinación de superconductividad y espintrónica es el potencial de usar la técnica para promover la computación cuántica.
“Introduce muchas ideas nuevas que antes no eran posibles. Así que eso es emocionante y, de hecho, una gran parte de nuestra subvención es para desarrollar la ciencia de esas otras áreas también ”, agrega.
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