En un avance significativo en el campo de la spintrónica, investigadores de la Universidad de Gotemburgo en Suecia y de la Universidad de Tohoku en Japón han demostrado experimentalmente la sincronización mutua de nano-oscila- dores de Hall de espín (SHNOs) mediada por ondas de espín. Este hallazgo, publicado en la revista Nature Physics, abre nuevas posibilidades para la manipulación de dispositivos a nanoescala, lo que podría revolucionar aplicaciones en computación neuromórfica y sistemas de telecomunicaciones.
Los SHNOs son dispositivos que convierten corriente continua en señales de microondas de alta frecuencia mediante oscilaciones de magnetización no lineales que se mantienen sin necesidad de una fuerza externa periódica. Este estudio se basa en investigaciones anteriores que identificaron modos de onda de espín propagantes, donde las ondas de espín se desplazan a través de materiales en lugar de estar confinadas a la región de auto- oscilación, lo que promueve la interconexión entre los SHNOs.
Sincronización controlada a través de ondas de espín
El grupo de investigación, liderado por el profesor Johan Åkerman, ha estado trabajando durante dos décadas en osciladores espintrónicos y su sincronización mutua. Según Akash Kumar, primer autor del estudio, la investigación actual se inspira en el descubrimiento de ondas de espín propagantes en los SHNOs, un avance que permite ajustar el tiempo y la fase de la sincronización entre estos dispositivos mediante el control de voltaje.
Para llevar a cabo sus experimentos, los investigadores utilizaron dispositivos formados por dos SHNOs, fabricados mediante procesos de nano-fabricación comunes. Ajustando cuidadosamente la anisotropía magnética y la separación entre ellos, lograron demostrar la sincronización mutua mediada por ondas de espín. Este control dinámico es crucial para lograr un acoplamiento a larga distancia entre pares de SHNO separados, superando las limitaciones de sistemas anteriores que solo permitían acoplamientos de vecino más cercano.
Kumar destacó que los SHNOs son osciladores versátiles que pueden fabricarse en tamaños de hasta 10 nm, lo que les permite sincronizarse en cadenas unidimensionales extensas y en arreglos bidimensionales. Las ondas de espín en estos dispositivos permiten la transmisión de información de fase y amplitud de un SHNO a otro, una capacidad que no se había presentado en demostraciones previas.
Durante el estudio, los investigadores utilizaron espectroscopía de luz Brillouin resuelta en fase y simulaciones micromagnéticas para validar sus hallazgos. Estas técnicas confirmaron la hipótesis original y subrayaron el potencial de su enfoque para controlar el acoplamiento entre dispositivos SHNO.
El potencial de estas tecnologías es inmenso, especialmente en la creación de máquinas de Ising, que son aceleradores de cálculo basados en hardware de optimización combinatoria. Estas máquinas tienen la capacidad de operar a temperatura ambiente y son verdaderamente nanoscópicas, lo que las convierte en opciones prácticas y eficientes para resolver problemas complejos en diversas aplicaciones.
En las próximas fases de su investigación, el equipo planea escalar el sistema para incluir un mayor número de SHNOs, utilizando el control de voltaje para proporcionar un control local eficiente en energía sobre el acoplamiento. Estas innovaciones podrían hacer que estos dispositivos sean funcionales y aplicables en escenarios del mundo real, marcando un hito en el desarrollo de la tecnología espintrónica.
