Nuevo material podría crear “neuronas” y “sinapsis” para las computadoras del futuro

Aunque las computadoras pueden completar cálculos sencillos mucho más rápido que los humanos, nuestros cerebros superan a las máquinas de silicio en tareas como el reconocimiento de objetos.

Además, nuestro cerebro usa menos energía que las computadoras.

Esto puede explicarse en parte por la forma en que funcionan nuestros cerebros: mientras que una computadora usa un sistema binario con los valores 0 o 1, las células cerebrales pueden proporcionar más señales analógicas con un rango de valores.

El funcionamiento de nuestro cerebro puede ser simulado por computadoras, pero la arquitectura básica aún se basa en un sistema binario.

Es por eso que los científicos están buscando formas de expandir este sistema, creando hardware que sea más parecido al cerebro y al mismo tiempo pueda interactuar con computadoras normales.

“Una idea es crear bits magnéticos que pueden tener estados intermedios“, dice Tamalika Banerjee, profesora de espintrónica de materiales funcionales en el Instituto Zernike de Materiales Avanzados de la Universidad de Groningen.

Ella trabaja en espintrónica, que utiliza una propiedad magnética de los electrones llamada “espín” para transportar, manipular y almacenar información.

En este estudio, su estudiante de doctorado Anouk Goossens, primera autora del artículo, creó películas delgadas de óxido de metal ferromagnético rutenato de estroncio (SRO), cultivado en un sustrato de óxido de titanato de estroncio.

La película delgada resultante contiene dominios magnéticos que son perpendiculares al plano de la película.

“Estos se pueden cambiar de manera más eficiente que los dominios magnéticos en el plano“, explica Goossens.

Adaptando las condiciones de crecimiento, es posible controlar la orientación de los cristales en el SRO.

Anteriormente, los dominios magnéticos fuera del plano se hacían utilizando otras técnicas, pero estas típicamente requieren estructuras estratificadas complejas.

Los dominios magnéticos se pueden cambiar usando una corriente a través de un electrodo de platino en la parte superior del SRO.

Goossens: ‘Cuando los dominios magnéticos están orientados perfectamente perpendicularmente a la película, este cambio es determinista: todo el dominio cambiará.’

Sin embargo, cuando los dominios magnéticos están ligeramente inclinados, la respuesta es probabilística: no todos los dominios son iguales, y los valores intermedios ocurren cuando solo una parte de los cristales en el dominio han cambiado.

Al elegir variantes del sustrato sobre el que se cultiva el SRO, los científicos pueden controlar su anisotropía magnética.

Esto les permite producir dos dispositivos espintrónicos diferentes.

“Esta anisotropía magnética es exactamente lo que queríamos“, dice Goossens.

“El cambio probabilístico es comparable al funcionamiento de las neuronas, mientras que el cambio determinista se parece más a una sinapsis”.

Los científicos esperan que, en el futuro, se pueda crear hardware informático similar al cerebro mediante la combinación de estos diferentes dominios en un dispositivo espintrónico que se pueda conectar a circuitos estándar basados ​​en silicio.

Además, la conmutación probabilística también permitiría la computación estocástica, una tecnología prometedora que representa valores continuos con flujos de bits aleatorios.

Banerjee: “Hemos encontrado una forma de controlar los estados intermedios, no solo para la memoria, sino también para la informática“.

Fuente: University of Groningen