Luca Annunziata

Spintronica, IBM e l'elica di rotazione

Pubblicazione su Nature e nuovo passo avanti per la possibile memoria del futuro. Ma, nonostante le premesse, l'impiego pratico della tecnologia Ŕ ancora lontano

Roma - La scoperta è importante e permette di compiere un buon passo in avanti: ma la spintronica, ennesimo Graal dell'elettronica, è ancora di là da trasformarsi in una concreta tecnologia da impiegare nella vita di tutti i giorni. Sia come sia, IBM pubblica i risultati dei suoi sforzi di questi anni su Nature (nel 2008 era andata su Science): e si augura che tutto questo conduca, entro qualche anno ancora, alla svolta che tutti si aspettano.


La spintronica si basa su un assunto semplice: archiviare le informazioni mediante il verso di "rotazione" degli elettroni piuttosto che con la carica elettrica. Un meccanismo che dovrebbe consentire di risparmiare energia e soprattutto spazio: con la miniaturizzazione dei transitor che procede spedita a 32nm e oltre, un fattore da non trascurare. E che dovrebbe anche migliorare l'efficienza dei sistemi di elaborazione e archiviazione.

Il problema che questa ricerca spera di aver risolto è relativo alla "durata": fino a questa pubblicazione nessuno aveva fornito indicazioni precise su quanto a lungo una informazione archiviata nello spin di un elettrone potesse venire conservata, con la concreta possibilità che venisse "perduta" in tempi talmente brevi da risultare inutilizzabile per scopi computazionali. Quanto osservato da IBM e dagli scienziati dell'ETH di Zurigo, che con il laboratorio di fisica dello stato solido collaborano alla ricerca, smentisce questa ipotesi: un gruppo di elettroni "sincronizzati" nello spin è in grado di conservare l'informazione per il tempo necessario a un processore da 1GHz di catturarla ed elaborarla, bastano 1,1 nanosecondi a farlo.
Secondo la descrizione fornita dalla stessa IBM, le osservazioni effettuate tramite brevi impulsi laser hanno mostrato un comportamento inaspettato: gli elettroni "sincronizzati" sembrano ballare le note di un walzer, muovendosi per alcuni micrometri in perfetta simbiosi e garantendo così la conservazione dell'informazione sullo spin. Si forma, nelle parole dei ricercatori, una "elica di spin": gli elettroni, al contrario di quanto si riteneva, non variano casualmente la loro rotazione ma per alcuni attimi rimangono coerentemente allineati su una precisa configurazione.

Da qui a creare una CPU o un dispositivo di memoria che sfrutti questi tecnologie spintroniche ce ne passa: l'intero esperimento è stato eseguito a 233 gradi Celsius sotto lo zero, e il semiconduttore impiegato (arsenurio di gallio, GaAs) è stato realizzato appositamente per l'esperimento con una precisione a livello atomico dagli scienziati dell'ETH svizzero. In condizioni normali gli elettroni interagirebbero con l'ambiente circostante impedendo qualsiasi interazione o elaborazione del segnale: ancora qualche anno di pazienza per vedere la spintronica all'opera.

Luca Annunziata
50 Commenti alla Notizia Spintronica, IBM e l'elica di rotazione
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  • ora andare sulla luna e' solo questione di affinare la tecnica.
    non+autenticato
  • Ogni tanto questi laboratori IBM se ne escono con queste 'scoperte'.
    Non ho capito se lo fanno per giustificare la loro esistenza (a loro stessi, ai loro boss, al mondo) o effettivamente hanno importanza reale.

    Di applicazioni pratiche però non se ne vedono quasi mai.
    Un'eccezione però c'è: il microscopio elettronico ad effetto tunnel.
  • ...pratiche?
    E' usare un eufemismo!
    Questi devono risolvere ancora un numero enorme di problemi... tipo la temperatura prossima allo zero assoluto impiegata e certo non di prevedibile uso a livello commerciale...
  • Il prossimo aiFòn non sarà spintronico, mi spiace
  • Lo spin non è legato alla rotazione ed è un fenomeno puramente quantistico, per questo motivo è definito come "momento angolare intrinseco", è conosciuto dagli inizi del 1900, dire una cosa simile nel 2012 è veramente ridicolo.

    http://it.wikipedia.org/wiki/Esperimento_di_Stern-...
    non+autenticato
  • Spero per la spintronica che questa descrizione dello spin sia un eccesso di semplificazione altrimenti è una vera e propria bufala.
    non+autenticato
  • Guarda che Nature non e' punto informatico...

    Non vedo niente di male nello spiegare lo spin ai non addetti ai lavori con l'analogia di una rotazione dell'elettrone attorno al proprio asse. Per particelle di spin 1/2 come gli elettroni non ha senso, mentre se consideri particelle con spin molto grosso una visione semiclassica come quella della rotazione e' accurata.
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    Modificato dall' autore il 16 agosto 2012 11.02
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  • Lo so, ma dopo circa 100 anni non si può più dire che lo spin è relazionato alla rotazione dell'elettrone. E' una idea errata che deve essere dimenticata altrimenti si fa disinformazione scientifica. Poi ci lamentiamo della scarsa cultura scientifica delle persone, quel poco di divulgato è anche sbagliato.
    non+autenticato
  • Scusa ma non ti capisco... lo spin può essere visto a livello approssimato come una rotazione al proprio asse. Tuttavia dal punto di vista classico due cose sono inspiegabili:
    - L'origine dello spin, capita solo con l'equazione di Dirac. Qualsiasi altra interpretazione dello spin come dovuto ad un qualche dipolo magnetico classico porta a contraddizioni
    - La quantizzazione, va beh questa e' la solita zolfa.
    Cio' non toglie che alla fine lo spin a livello concettuale lo schematizzi come una "freccina", la cui *origine* e' prettamente quantistica e che ruota con le sue leggi (torna all'origine solo dopo una rotazione di 4pi ecc...)

    Comunque ribadisco che, secondo me, per spiegare lo spin ai non addetti ai lavori la schematizzazione della rotazione attorno al proprio asse (senza saperne l'origine) e' ok
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    Modificato dall' autore il 16 agosto 2012 15.26
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  • Se fai i conti con la meccanica quantistica il risultato non è compatibile con quanto ottenuto con la rotazione dalla meccanica classica. La rotazione fa parte dei primi tentativi di associare questo fenomeno quantistico a qualcosa di classico, ma quantitativamente le cose non tornano. Poi non ha senso parlare di valori grandi dello spin degli elettroni: gli elettroni sono fermioni ed il valore dello spin assume esclusivamente i valori -1/2 e +1/2.
    non+autenticato
  • - Scritto da: prova123
    > La rotazione fa parte dei primi tentativi di
    > associare questo fenomeno quantistico a qualcosa
    > di classico, ma quantitativamente le cose non
    > tornano.

    Non tornano perché non si considera la quantizzazione ed il valore semi-intero. Non importa fare conti poi per capire che la pittura e' sbagliata:
    - Lo spin non accelera/decelera, cambia solo direzione
    - La visione della rotazione presuppone che l'elettrone sia qualcosa dotato di forma (sferica) che appunto ruota. Cosa che per quanto ne so non ha senso.

    Tuttavia tutta la terminologia dello spin ed il nome stesso si rifa' alla rotazione attorno ad un asse (asse di quantizzazione, asse di spin ecc..). E' una pittura che aiuta a schematizzare e vedere le cose, purche' si consideri che e' solo una pittura molto rozza. Basta cercare quantum spin su google immagini per vedere una sacco di trottole. Anche wikipedia:
    "As the name suggests, spin was originally conceived as the rotation of a particle around some axis. This picture is correct so far as spins obey the same mathematical laws as quantized angular momenta do."

    Riguardo gli spin grossi ovviamente non mi riferivo agli elettroni. Ma approssimando uno spin quantistico con una freccina (angoli theta,phi) commetti un errore dell'ordine di 1/s, piccolo per s>>1
  • - Scritto da: prova123
    > Se fai i conti con la meccanica quantistica il
    > risultato non è compatibile con quanto ottenuto
    > con la rotazione dalla meccanica classica. La
    > rotazione fa parte dei primi tentativi di
    > associare questo fenomeno quantistico a qualcosa
    > di classico, ma quantitativamente le cose non
    > tornano. Poi non ha senso parlare di valori
    > grandi dello spin degli elettroni: gli elettroni
    > sono fermioni ed il valore dello spin assume
    > esclusivamente i valori -1/2 e
    > +1/2.

    lo sai bene come si traduce la parola "spin". se lo si chiama ancora così c'è un motivo. il problema del divulgatore è "tradurre" fenomeni non intuitivi (se non addirittura contro-intuitivi, dal momento che noi, alla nostra scala, facciamo esperienza quotidiana di fenomeni che seguono le regole della meccanica classica) con figure intuitive. la "rotazione" degli elettroni, intorno al nucleo e su se stessi, è una di queste figure. scandalizzarti perché tu ne sai di più è un po' da snob
    non+autenticato
  • E' da snob dire che farsi le pippe non si diventa ciechi? A bocca aperta
    non+autenticato
  • Il motivo per cui si chiama così è solo storico, serve solo a definire una proprietà quantistica di una particella il cambiarlo non cambia la proprietà.
    Secondo il tuo ragionamento allora una donna che ha il cognome Troia la da a tutti quelli che passano? ... vai a scrivere queste trollate sulla sabbia A bocca aperta
    non+autenticato
  • occhio, che quello che sta trollando non è lui: arrivare qui e dire che lo spin non è una rotazione, che il professor salcazzi l'ha dimostrato, e sciorinare competenze (legittime e rispettabili) è più vicino al trollare di una altrettanto legittima semplificazioneOcchiolino

    sta di fatto che se spieghi a una persona a digiuno che lo spin è una proprietà dell'elettrone, che può essere immaginata come se ruotasse in una direzione o l'altra sul suo asse, trovi il modo per farglielo capire

    poi puoi dirgli: occhio, che è una semplificazione e che non è che l'elettrone ruoti, e anzi non è manco una pallina - ma se almeno ha capito che ci sono in ballo queste variabili, si fa un'idea: se poi deve fare un libro di fisica, allora è il caso si documenti, altrimenti va bene che almeno sappia che esiste lo spin e che è una proprietà dell'elettrone e che in linea di massima in quel caso ha senso che sia zero o 1

    altrimenti come gli spieghi, senza matematica, i fermioni, lo spin 1/2, il nastro di moebius, dirac, pauli e tutto il resto?