Regla geométrica para nanomagnetos abre la vía a una computación de bajo consumo

La creciente demanda energética de la computación contemporánea impulsa la búsqueda de nuevas arquitecturas. En este contexto, un equipo de investigadores ha logrado un avance significativo en la comprensión del comportamiento de los nanomagnetos, componentes miles de veces más pequeños que un grano de arena. El estudio revela una regla geométrica que gobierna cómo estas estructuras interactúan, ofreciendo una ruta prometedora hacia dispositivos computacionales que requieran mucha menos energía.

El doctor Hanu Arava, autor principal del estudio y científico de materiales en el Laboratorio Nacional Argonne, subraya la relevancia de este descubrimiento: "Lo que hemos identificado es una relación entre estructura y función. En nuestro caso, la estructura es la disposición geométrica de los imanes entre sí, y la función es cómo la energía se mueve a través del sistema. Hemos demostrado que la geometría por sí sola puede determinar cómo se mueve la energía a través de estos sistemas magnéticos, y esa visión nos da una nueva forma de diseñar dispositivos informáticos."

A diferencia de los sistemas computacionales tradicionales, que dependen del movimiento de electrones, la propuesta se centra en redes de nanomagnetos. El desafío principal ha sido siempre comprender y predecir su comportamiento. Los investigadores han descubierto que, de manera análoga a una pelota rodando por una montaña que sigue la ruta de menor resistencia, los nanomagnetos tienden a organizarse en la configuración de energía más baja. La clave reside en que esta trayectoria se puede predecir mediante su geometría.

Para validar su hipótesis, el equipo construyó un prototipo a partir de un clúster de cuatro nanomagnetos. Este sistema, inicialmente dispuesto en forma de signo de suma y luego rotado para formar un cuadrado, reveló un punto de inflexión crucial. En este estado intermedio entre ambas formas, el comportamiento de los imanes se equilibraba y se volvía completamente predecible. Esto significa que la alineación y rotación de los nanomagnetos pueden determinar por sí solas cómo se comportan.

Esta predictibilidad es un pilar fundamental para el desarrollo de hardware computacional. "Si se quiere construir hardware informático, el resultado suele tener que ser predecible. Uno más uno debe ser igual a dos", explica Arava. "La trayectoria que toma la energía determina si el resultado es fiable o incierto. Para los ingenieros que diseñan dispositivos informáticos, esto significa que pueden ajustar el ángulo de rotación en los clústeres de nanomagnetos para lograr uno u otro resultado."

Aunque el trabajo actual se limita a un clúster de cuatro imanes, el equipo reconoce que para competir con los dispositivos electrónicos actuales sería necesario escalar esta tecnología a miles o incluso millones de nanomagnetos. El estudio ha sido publicado en acceso abierto en la revista Communications Materials.

Lo que hemos identificado es una relación entre estructura y función. En nuestro caso, la estructura es la disposición geométrica de los imanes entre sí, y la función es cómo la energía se mueve a través del sistema. Hemos demostrado que la geometría por sí sola puede determinar cómo se mueve la energía a través de estos sistemas magnéticos, y esa visión nos da una nueva forma de diseñar dispositivos informáticos.

Hanu Arava, Científico de Materiales, Laboratorio Nacional Argonne

Si se quiere construir hardware informático, el resultado suele tener que ser predecible. Uno más uno debe ser igual a dos. La trayectoria que toma la energía determina si el resultado es fiable o incierto. Para los ingenieros que diseñan dispositivos informáticos, esto significa que pueden ajustar el ángulo de rotación en los clústeres de nanomagnetos para lograr uno u otro resultado.

Hanu Arava