Electrodomésticos más eficientes gracias a la tecnología de almacenamiento

Profesor titular Dr. Philipp Pirro (enlaces) y Profesor Dr. Mathias Weiler. (Ver/Voss TUK)

Smartphone, reloj inteligente o una computadora normal: los dispositivos electrónicos consumen mucha energía. Las nuevas tecnologías que ha permitido la investigación en espín pueden ayudar a reducir el consumo, por ejemplo, integrándolas en chips semiconductores y microchips comunes. En la TU Kaiserslautern (TUK) se ocupan de este tema dos nuevos proyectos de investigación financiados por la Unión Europea (UE). Uno se coordina en la TUK y cuenta con una financiación de la UE de 3,3 millones de euros, de los cuales 525.000 euros van a Kaiserslautern. El otro proyecto se lidera en Bélgica. La UE destina aproximadamente tres millones de euros para ello, de los cuales 310.000 euros están destinados a trabajos en la TUK.

Para hacer los dispositivos electrónicos más eficientes en cuanto a energía, la investigación trabaja en aprovechar las ondas de espín y sus partículas cuánticas, los magnones. Estos pueden transportar más información que los electrones y consumir significativamente menos energía al mismo tiempo. Las ondas de espín son, a su vez, la excitación colectiva de los momentos magnéticos en un material magnético. El espín es el momento angular intrínseco de una partícula cuántica, como un electrón o un neutrón. Es la base de todos los fenómenos magnéticos.

En los dos proyectos financiados por la UE, se trata de aplicar los conocimientos de la investigación en espín y magnonismo. En "Magnonics meets micro-electro-mechanical systems: a new paradigm for communication technology and radio-frequency signal processing" (M&MEMS), se busca adaptar la tecnología de espín para que sea compatible con los dispositivos electrónicos existentes.

El equipo combina sistemas magnonicos con sistemas micromecánicos, llamados chips MEMS. MEMS significa "sistemas microelectromecánicos". "Por ejemplo, se trata de motores microscópicos o sensores de aceleración que se encuentran en smartphones", dice el coordinador del proyecto, el profesor junior Philipp Pirro, quien investiga en magnetismo en la TUK. "Los sistemas magnonicos se pueden controlar mediante campos magnéticos. Estos generalmente se generan con electroimanes y, hasta ahora, se necesita electricidad para ello". Su colega, el profesor Dr. Mathias Weiler, que investiga fenómenos de espín aplicados en la TUK, añade: "Eso hace que todo sea aún ineficiente".

Aquí entran en juego estos sistemas micromecánicos. "Queremos colocar imanes permanentes pequeños para generar un campo magnético", continúa Weiler. "Una vez hecho esto, ya no se necesita más energía". La intensidad del campo magnético se puede controlar acercando o alejando el imán del elemento magnonico. De esta forma, el consumo de energía sería muy bajo. "Esto es especialmente interesante para dispositivos móviles", cita Pirro como ejemplo.

El proyecto, coordinado por la Universidad Técnica de Kaiserslautern (TUK), cuenta con la participación de ocho socios de cinco países de la UE. Entre ellos hay universidades como la TU Múnich y el Politécnico de Milán, así como empresas líderes en tecnología en el campo de las comunicaciones de alta frecuencia, como Nokia y Thales. En la TUK, Pirro y Weiler cuentan con el apoyo del profesor Dr. Burkard Hillebrands, director del grupo de trabajo en magnetismo.

En el segundo proyecto financiado, "Sistemas de computación basados en arquitecturas híbridas de ondas de espín - CMOS integrados" (SPIDER), también se trata de elementos magnonicos. "Queremos construir un sistema en el que la magnonica esté conectada a una computadora estándar e integrada en componentes semiconductores comunes", explica Pirro. La atención del equipo de investigación está en los llamados CMOS, que son utilizados en todos los ordenadores habituales. "Si logramos hacer que la magnonica sea compatible con las técnicas y chips existentes, tendríamos una barrera de entrada menor para aplicar la magnonica".

En el proyecto participan, además de la TUK y la Sociedad Fraunhofer, otros cuatro socios europeos. La coordinación está a cargo del Centro Interuniversitario de Microelectrónica (IMEC) en Lovaina, Bélgica.

Los trabajos en ambos proyectos se realizarán en el nuevo edificio de investigación LASE (Laboratorio de Ingeniería Avanzada en Espín) en el campus de la TUK, donde investigadores de física, química e ingeniería explorarán juntos los fenómenos de espín. Hace poco, el profesor Weiler y el profesor junior Pirro recibieron cada uno una beca ERC del Consejo Europeo de Investigación (ERC), para investigar también en el campo del espín. Las becas ERC son algunas de las ayudas a la investigación más prestigiosas del mundo.

Los equipos de las dos físicas sentaron las bases de estos proyectos con trabajos en el centro financiado por el estado para Óptica y Ciencia de Materiales, conocido como OPTIMAS, y en el área de investigación especial "Spin + X", financiada por la Sociedad Alemana de Investigación (Deutsche Forschungsgemeinschaft).

En el marco de los nuevos proyectos, también habrá puestos científicos. Los interesados con las cualificaciones correspondientes pueden postularse sin problema.

Para consultas:

Juniorprofessor Dr. Philipp Pirro
Área de Magnetismo / TU Kaiserslautern
Tel.: 0631 205 4092
Correo electrónico: ppirro(at)rhrk.uni-kl.de

Profesor Dr. Mathias Weiler
Fenómenos de espín aplicados / TU Kaiserslautern
Tel.: 0631 205 4099
Correo electrónico: weiler(at)physik.uni-kl.de