Zespół z Universitat Autònoma de Barcelona opracował wortiony – hybrydę wirów magnetycznych i kontroli jonowej. To rozwiązanie może zrewolucjonizować elektronikę, choć warto zachować umiarkowany optymizm. Potencjał jest ogromny: od energooszczędnych laptopów po komputery działające na podobieństwo ludzkiego mózgu. To spory krok w tym kierunku ale droga do komercjalizacji pozostaje długa.
Jak działają te magnetyczne tornado?
Wyobraź sobie miniaturowe magnetyczne tornado, które możesz włączać i wyłączać zwykłym napięciem. Na tym właśnie polega istota wortionów. Kluczowe okazały się nanokropki o średnicy 280 nanometrów wypełnione żelazem, kobaltem i azotem. Pod wpływem napięcia -25 V jony azotu zaczynają migrować, tworząc wyraźny podział w strukturze. W efekcie dolna część staje się ferromagnetyczna na grubości około 11-12 nanometrów, podczas gdy górna pozostaje paramagnetyczna.
Czytaj także: Fascynujące zjawisko na Słońcu. Ujawniono nieznane dotąd struktury
Cały proces zachodzi w temperaturze pokojowej. Jony poruszają się w przeciwnych kierunkach, tworząc precyzyjnie kontrolowany front migracji. Im dłużej działa napięcie, tym grubsza warstwa magnetyczna i stabilniejsze powstaje wiry. Co ważne, nanokropki mogą przełączać się między trzema stanami: niemagnetycznym, jednodomenowym magnetycznym oraz wortionowym, co daje szerokie możliwości zastosowań.
Prawdziwa oszczędność energii
Obecna elektronika ma poważny problem z energią. Tradycyjne systemy pamięci używają prądów elektrycznych do zapisu danych, generując przy tym ogromne ilości ciepła. Efekt Joule’a, ten sam który rozgrzewa żarówki, w centrach danych prowadzi do gigantycznych strat energii. Wortiony rozwiązują ten problem fundamentalnie – wykorzystują napięcie elektryczne, które praktycznie nie generuje ciepła.
Dodatkową przewagą jest analogowa kontrola parametrów magnetycznych. Zamiast prostego przełączania między stanami 0 i 1, wortiony pozwalają na płynną regulację namagnesowania, koercji, czy anizotropii. To jak zamiana zwykłego włącznika światła na precyzyjny ściemniacz. W praktyce może oznaczać laptopy nieparzące kolan podczas pracy, serwery zużywające ułamek dotychczasowej energii i centra danych z drastycznie niższymi rachunkami za prąd. Choć w teorii oszczędności mogą sięgać terawatogodzin rocznie, realne efekty poznamy dopiero po wdrożeniu technologii.
Potencjał na przyszłość
Najbardziej obiecującym zastosowaniem wydają się obliczenia neuromorficzne, gdzie wortiony mogłyby imitować działanie synaps w ludzkim mózgu. Teoretycznie pozwoliłoby to tworzyć systemy uczące się i adaptujące w czasie rzeczywistym. Wśród innych potencjalnych zastosowań wymienia się wielostanowe systemy pamięci przechowujące więcej informacji niż tradycyjne binarne komórki. Obejmuje to również obliczenia analogowe przetwarzające sygnały ciągłe, logikę spinową wykorzystującą spin elektronów oraz magnonikę opartą na kontroli fal spinowych.
Badania i perspektywy
Za owe przełomowe badania odpowiada międzynarodowy zespół pod kierunkiem prof. Jordiego Sorta z UAB. W projekcie uczestniczyli także specjaliści z włoskiego Instytutu Metrologii, Colorado State University oraz hiszpańskiego synchrotronu ALBA. Wyniki, opublikowane w Nature Communications, stanowią solidną podstawę teoretyczną i eksperymentalną całego odkrycia. Projekt finansował program REMINDS Europejskiej Rady ds. Badań Naukowych.
Czytaj także: Naukowcy złamali kolejną barierę w fizyce. Ten eksperyment przejdzie do historii
Choć do komercyjnych zastosowań droga jeszcze daleka, wortiony reprezentują fascynujący kierunek rozwoju elektroniki. Pozostaje pytanie, czy i kiedy któryś z gigantów technologicznych podejmie ryzyko inwestycji w tę technologię. Sukces zależy nie tylko od samych właściwości materiałów, ale również od opracowania skalowalnych metod produkcji.