Chip a onde magnetiche da lab: computer fino a 1.000 volte più veloci

In un laboratorio dell'Università del Michigan, il dottorando Avery-Ryan Ansbro prepara il ferro-gallio, una lega, con una tecnica chiamata deposizione laser pulsata. Il film sottile che realizza è una parte di M3BOLT, un chip presentato dai ricercatori della Università del Michigan (U-M) e dell'Università del Wisconsin–Madison. Il team ritiene che potrebbe rendere i computer da 100 a 1.000 volte più veloci.

Il problema nasce dal transistor. Un processore ne contiene miliardi, che si accendono e si spengono per gestire i dati, e i produttori hanno passato decenni a ridurne le dimensioni per guadagnare velocità e risparmiare energia. Ma più diventano piccoli, meno sono efficienti: gli elettroni attraversano i transistor anche quando sono spenti, e questo spreca energia. Il team stima che i transistor convenzionali potrebbero raggiungere i loro limiti teorici di efficienza energetica entro il 2037.

M3BOLT fa a meno dell'interruttore. I progettisti abbinano un cristallo ferroelettrico, niobato di magnesio e piombo-titanato di piombo (PMN-PT), a un sottile strato di lega magnetica di ferro-gallio. Quando viene applicato un campo elettrico, il cristallo cambia il proprio orientamento elettrico interno, il che altera le proprietà magnetiche dello strato di ferro-gallio. Ne risultano i magnoni, onde che si propagano nel materiale con pochissima resistenza e perdono quindi meno energia sotto forma di calore. Queste onde potrebbero raggiungere frequenze di terahertz, contro i gigahertz dei processori di consumo attuali, ed è per questo che il team afferma che i computer potrebbero elaborare le informazioni centinaia di volte più rapidamente.

Il dispositivo potrebbe anche immagazzinare dati. I ricercatori modificherebbero l'orientamento magnetico dello strato di ferro-gallio, così che i due stati magnetici possano valere come 1 e 0, al posto dei due livelli di tensione dei transistor attuali. Quell'orientamento resta lo stesso anche quando l'alimentazione viene interrotta, quindi lo stesso materiale potrebbe elaborare e conservare le informazioni senza un'alimentazione continua. Restano proiezioni: le cifre da 100 a 1.000 volte sono stime del team. Il gruppo dell'Università del Wisconsin–Madison userà simulazioni al computer per studiare le prestazioni e individuare possibili difetti dei materiali, mentre l'Università del Michigan continua a sviluppare i materiali, i dispositivi e i circuiti necessari a far funzionare la tecnologia nei computer reali.

Per ora il team si concentra sui dispositivi a basso consumo, ha dichiarato Wei Lu, professore di ingegneria all'Università del Michigan. Un comunicato stampa del team sostiene che dispositivi autonomi o mobili potrebbero ospitare computer più potenti senza enormi alimentatori. L'ambizione a lungo termine è più ampia: «immaginate che un giorno si possano costruire supercomputer con questi dispositivi», ha detto Lu. «Forse non servirebbe una centrale nucleare per far funzionare un grande data center». Il team non indica alcuna data per nessuno di questi obiettivi.