Es casi seguro que el dispositivo que está utilizando para leer este artículo funciona colocando sus ceros y unos en bits de semiconductores, a saber, silicio, que constantemente necesita electricidad para funcionar.
En un mundo que está presionando por emisiones netas de carbono cero, ese tipo de uso de energía no funcionará. Afortunadamente, los investigadores están trabajando para cambiar fundamentalmente el funcionamiento de las computadoras, lo que podría conducir a dispositivos potentes y de menor energía. Una forma de hacerlo es construir una computadora con imanes.
Investigadores de la Universidad de Michigan, en colaboración con el fabricante de chips Intel, han creado una nueva aleación de hierro que podría ser una característica importante de las computadoras del mañana basadas en imanes. Su trabajo fue publicado recientemente en Comunicaciones de la naturaleza.
Su aleación actúa como magnetoestrictor. Eso significa que se basa en el hecho de que cuando sumerges un material magnético, como el hierro, dentro de un campo magnético, ese material cambia sutilmente de forma. Al agregar otros metales (una aleación es una mezcla de elementos metálicos) y ajustar sus proporciones, puede hacer aleaciones que sean más magnetoestrictivas o más flexibles cuando cambien sus campos magnéticos.
Hoy en día, los magnetoestrictores nos ayudan a construir sensores de alta calidad, ya que podemos detectar los cambios de forma de un buen magnetoestrictor en presencia de campos magnéticos, incluso más bien débiles. Mediante el uso de corriente eléctrica para crear campos magnéticos, puede obligar a un magnetoestrictor a cambiar de forma. De esta manera, puede convertir la energía eléctrica de la corriente, con relativa facilidad, en la energía mecánica del magnetoestrictor cambiando de forma.
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Esa es una habilidad poderosa. En el futuro, los magnetoestrictores podrían permitirnos usar campos magnéticos diminutos y cambiantes para formar los ceros y unos que forman la base invisible de todos nuestros dispositivos informáticos.
En los últimos años, sin embargo, los magnetoestrictores se han quedado en el camino de la ciencia de los materiales. “La gente ha empujado el magnetostrictor debajo de la alfombra”, dice John Heron, científico de materiales de la Universidad de Michigan y uno de los autores del artículo.
Pero hay motivos para prestarles atención. Los mejores magnetoestrictores de hoy dependen de metales de tierras raras como el terbio y el disprosio. Las tierras raras tienden a ser (predeciblemente) raras y caras. Minarlos y extraerlos es un proceso difícil que a menudo genera residuos tóxicos. Y, con la mayor parte de la producción controlado por China, el comercio mundial de tierras raras es vulnerable a la voluble geopolítica y las disputas comerciales entre Estados Unidos y China.
Esa es en parte la razón por la que Heron y sus colegas buscaron hacer un mejor magnetoestrictor mezclando hierro con un elemento mucho más barato y accesible: el galio, un metal blando y plateado que solo se encuentra en la naturaleza como oligoelementos dentro de los minerales de aluminio y zinc. El galio puro tiene un punto de fusión tan bajo que se volvería líquido en sus manos.
Los investigadores de la Universidad de Michigan no son los primeros en usar galio para fabricar materiales magnetoestrictivos, pero sus predecesores se habían topado con un límite molesto.
“Cuando se supera el 20 por ciento de galio, el material ya no es estable”, dice Heron. “El material cambia de simetría, cambia la estructura cristalina y sus propiedades cambian drásticamente”. Por un lado, el material se vuelve mucho menos magnetoestrictivo que cambia de forma.
Para sortear ese límite, Heron y sus colegas tuvieron que evitar que los átomos cambiaran su estructura. Así que elaboraron su aleación a una temperatura relativamente fría de 320 grados Farenheit (160 grados Celsius), lo que limita la energía de sus átomos. Esto bloqueó los átomos en su lugar e impidió que se movieran, incluso cuando los investigadores infundieron más galio en la aleación.
A través de este método, los investigadores pudieron hacer una aleación de hierro con hasta un 30 por ciento de galio, creando un nuevo material que es dos veces más magnetoestrictivo que sus contrapartes de tierras raras.
Este magnetoestrictor nuevo y más eficaz podría ayudar a los científicos a construir no solo una computadora más barata, sino también una que no dependa de minerales de tierras raras cuya extracción genera un exceso de carbono.
En el gran esquema de las cosas, su computadora doméstica tradicional no usa una cantidad excesiva de energía. Sin embargo, los centros de datos de megacomputadoras que alimentan Internet son otra historia. Si bien la cantidad exacta de su el uso de electricidad y las emisiones de carbono son polémicas, no se puede negar que los centros consumen mucha energía.
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Para reducir esas demandas de energía, investigadores como Heron quieren construir dispositivos que cambien totalmente el funcionamiento de las computadoras. Los magnetoestrictores podrían ser una forma de hacerlo. En lugar de usar semiconductores que requieren electricidad constante, las computadoras del mañana podrían usar magnetoestrictores para trabajar en trozos de campo magnético. Para las operaciones básicas, estos dispositivos solo necesitarían electricidad para cambiar de cero a uno, o viceversa, en lugar de necesitar energía continuamente.
Además de ahorrar energía, una computadora de este tipo tendría varias ventajas sobre sus contrapartes existentes. Si se apaga inesperadamente, no perderá lo que está haciendo, porque los trozos de campo magnético permanecerán en su lugar. Ingenieros también pienso Es más fácil escalar las especificaciones de estas computadoras hipotéticas, lo que permite niveles de rendimiento que los semiconductores actuales probablemente no pueden manejar.
Sin embargo, la tecnología aún está en su infancia, por lo que no está claro cuándo, o incluso si, podríamos ver dispositivos basados en magnetostrictor en nuestros hogares. “¿En cuántos años imagino que se convertirá en una tecnología de iPhone?” dice Heron. “Bueno, si tengo suerte, 20 o 30. Quizás nunca”.
“Pero demostrar lo fundamental … es algo que estamos haciendo ahora”, dice.