Ordenadores que ya no se calientan y funcionan a velocidad fulgurante, consumiendo mucha menos energía. Esta perspectiva podría hacerse realidad gracias a un sorprendente descubrimiento que relaciona dos fenómenos físicos fundamentales que hasta ahora creíamos distintos. Unos investigadores acaban de demostrar cómo ondas magnéticas invisibles pueden generar señales eléctricas dentro de los materiales, abriendo el camino a una nueva generación de tecnologías.
En los dispositivos electrónicos actuales, la información viaja principalmente gracias al desplazamiento de los electrones, esas pequeñas partículas cargadas que circulan por los circuitos. Este movimiento encuentra una resistencia natural, lo que provoca un calentamiento y una pérdida de energía significativa. Los científicos exploran por tanto alternativas más eficaces, y es precisamente esto lo que hace que su último descubrimiento sea tan prometedor. Se han interesado por ondas magnéticas particulares llamadas magnones, que podrían revolucionar nuestra forma de concebir los chips electrónicos.
Imagen de ilustración Pixabay El equipo de investigación se ha centrado en una categoría específica de materiales donde las propiedades magnéticas se organizan de manera alternada. En estas estructuras, los magnones pueden desplazarse a frecuencias extremadamente elevadas, potencialmente mil veces más rápido que en los imanes clásicos. El desafío consistía en detectar y controlar estas ondas magnéticas, porque sus efectos parecían anularse mutuamente. Gracias a simulaciones informáticas avanzadas, los científicos han podido observar un fenómeno inesperado: el movimiento de los magnones genera una polarización eléctrica medible.
Esta conexión entre magnetismo y electricidad abre posibilidades prácticas considerables. Los investigadores explican que sería posible detectar los magnones midiendo las señales eléctricas que producen. Más aún, se podrían utilizar campos eléctricos externos, incluidos los de la luz, para guiar su movimiento. Imaginan dispositivos donde los conductores metálicos tradicionales serían reemplazados por canales de magnones, permitiendo transmitir la información mucho más rápidamente y con un desperdicio energético mínimo.
El equipo ha desarrollado un marco matemático para comprender cómo el momento angular orbital de los magnones influye en su comportamiento global. Han descubierto que cuando esta propiedad interactúa con los átomos del material, engendra una polarización eléctrica. Calentando un lado del material más que el otro, también han observado que los magnones migran de las zonas calientes hacia las zonas frías, creando así una tensión eléctrica detectable. Estos mecanismos ofrecen ahora a los científicos herramientas potentes para predecir y manipular el transporte de ondas magnéticas.
Los trabajos continúan ahora en laboratorio, donde los investigadores prueban experimentalmente sus predicciones teóricas. Estudian particularmente cómo los magnones interactúan con la luz, buscando determinar si el momento angular de la luz podría servir para orientar o detectar el movimiento de los magnones. Estas investigaciones podrían acelerar el desarrollo de tecnologías informáticas ultrarrápidas y extremadamente económicas en energía, transformando duraderamente nuestra relación con los dispositivos electrónicos.
El funcionamiento de los magnones
Los magnones representan una forma particular de ondas que se propagan a través de los materiales magnéticos. Para comprender su naturaleza, hay que imaginar los electrones como pequeños imanes cuya orientación puede modificarse. Cuando un electrón cambia de dirección, esta modificación se transmite a los electrones vecinos, creando una onda que atraviesa el material sin necesitar el desplazamiento físico de las partículas.
Al contrario del transporte de información por los electrones móviles, los magnones vehiculan los datos por cambios de orientación sucesivos. Esta particularidad les permite evitar las pérdidas de energía ligadas a la resistencia eléctrica. Estas ondas pueden alcanzar velocidades fenomenales, superando ampliamente las capacidades de las tecnologías actuales.
El control de los magnones representa un desafío mayor para las tecnologías futuras. Los investigadores trabajan en desarrollar métodos para guiar estas ondas magnéticas con precisión, notablemente utilizando campos eléctricos o luminosos. Este dominio abriría el camino a dispositivos donde la información circularía casi sin fricción, reduciendo considerablemente el consumo energético de los aparatos electrónicos.
Fuente: Proceedings of the National Academy of Sciences