Informe de análisis del tamaño, la cuota de mercado y las tendencias del mercado de dispositivos lógicos de espintrónica por tipo de dispositivo (dispositivos basados ​​en metales, dispositivos basados ​​en semiconductores), por aplicaciones (vehículos eléctricos, motores industriales, láseres semiconductores, transistores de túnel magnético, sensores magnéticos, almacenamiento de datos) y por región (América del Norte, Europa, Asia-Pacífico, Oriente Medio y África, Latinoamérica). Previsiones para el período 2025-2033.

Factores determinantes

Creciente demanda de espintrónica en dispositivos electrónicos

El uso generalizado deespintrónicaLos dispositivos lógicos en diversas industrias, especialmente en aplicaciones automotrices donde la fiabilidad de la conexión es crucial, han impactado significativamente el mercado global de dispositivos lógicos espintrónicos. Gracias a su mayor velocidad de transmisión de datos y capacidad de almacenamiento, los dispositivos lógicos espintrónicos se utilizan ampliamente en dispositivos de almacenamiento de datos. Las ventajas de los circuitos basados ​​en espintrónica pueden ser útiles en operaciones a nivel de dispositivo, y una de ellas es la no volatilidad. La preservación de la magnetización en dispositivos espintrónicos sin fuente de alimentación resulta muy práctica para la creación de dispositivos de memoria y puede utilizarse ventajosamente en operaciones lógicas.

El efecto de acoplamiento ME permite modificar los estados lógicos almacenados en ferromagnetos con un bajo consumo energético, y también mejora la escalabilidad energética a medida que los dispositivos futuros se miniaturizan. Con la ingeniería de materiales adecuada, la transferencia lógica mediante DW como medio es una opción deseable para lograr la automatización. Las transiciones eficientes entre los estados de espín y carga son posibles gracias a procesos de acoplamiento espín-órbita (SOC), como el efecto Hall de espín (SHE) y el efecto Rashba-Edelstein (REE), que requieren menos energía. Debido a sus mecanismos de computación subyacentes, los dispositivos basados ​​en espín simplifican la construcción de lógica.

Sustitución de dispositivos CMOS

La tecnología de semiconductores de óxido metálico complementario (CMOS) ha experimentado un avance vertiginoso y una continua expansión durante los últimos 50 años. Sin embargo, ha habido una creciente preocupación por el aumento de la disipación de potencia en los circuitos integrados a gran escala (VLSI) y por los problemas de rendimiento y fiabilidad de los dispositivos. Paralelamente, han surgido nuevos desafíos para el rendimiento y la fiabilidad de los sistemas electrónicos en mercados emergentes de electrónica de consumo, como las plataformas de conducción autónoma, la computación móvil y distribuida, y el internet de las cosas (IoT). Si bien diversas iniciativas han impulsado la expansión de la tecnología CMOS, existe un creciente interés en la investigación para encontrar alternativas. Estos esfuerzos implican la conceptualización de dispositivos computacionales que podrían actuar como bloques de construcción fundamentales para nuevas arquitecturas, ofreciendo una funcionalidad computacional diversificada y un mejor rendimiento que el paradigma convencional basado en CMOS. Estos dispositivos se basarían en nuevos principios físicos y nuevos materiales.

La espintrónica es una de las tecnologías más prometedoras para la creación de dispositivos lógicos de próxima generación, dentro de las tecnologías que van más allá de la tecnología CMOS. Aprovechando la propiedad intrínseca del espín, una manifestación física del espín electrónico, la espintrónica crea el concepto de estado basado en el magnetismo. Sin embargo, para proponer y evaluar el potencial de nuevos dispositivos basados ​​en el espín, considerando el impacto de las propiedades novedosas de los materiales que rigen su rendimiento, esta nueva tecnología requiere el desarrollo e implementación de nuevos marcos de simulación y metodologías de diseño. Estos marcos también permiten optimizar estas nuevas tecnologías y determinar cómo los parámetros del material y del dispositivo afectan el rendimiento del circuito.

Factores restrictivos

Alto costo de instalación

Si bien el uso de dispositivos lógicos espintrónicos en automóviles contribuye a aumentar la automatización, el costo adicional impide su adopción generalizada. Además, el uso de esta tecnología en vehículos que circulan continuamente durante periodos prolongados provoca problemas de sobrecalentamiento y reduce la vida útil de las herramientas eléctricas sensibles a la temperatura. En consecuencia, este factor limita considerablemente la adopción de dispositivos espintrónicos, restringiendo la expansión del mercado global. Otros factores que limitan el mercado de la lógica espintrónica son el mantenimiento del control de espín a larga distancia, la combinación de métodos de las industrias de grabación magnética y de semiconductores, y la pérdida de electrones en su estado de espín al exponerse al silicio.

Oportunidades de mercado

Iniciativas de apoyo de los gobiernos para la investigación exhaustiva

Con el aumento constante de la concienciación sobre las ventajas de los dispositivos lógicos espintrónicos, la investigación y el desarrollo en la industria se han incrementado, junto con el apoyo gubernamental a través de diversos tipos de subvenciones a los investigadores involucrados en el desarrollo de nuevos dispositivos espintrónicos.

El Consejo Europeo de Investigación (ERC) ha otorgado una subvención Consolidator Grant a un equipo de investigación de la Universidad Técnica de Kaiserslautern (TUK) para la creación de dispositivos espintrónicos. Los investigadores recibirán 2 millones de euros durante los próximos cinco años (de 2022 a 2027). Están desarrollando nuevos dispositivos espintrónicos y ondas de espín que podrían acelerar significativamente la transmisión, el procesamiento y el almacenamiento de datos.

Análisis de segmentación

Por tipo de dispositivo

El segmento de dispositivos basados ​​en metales es el que más contribuye al mercado y se espera que crezca a una tasa de crecimiento anual compuesta (TCAC) del 31,1 % durante el período de pronóstico. Esta mayor participación se debe a las características beneficiosas de los metales antiferromagnéticos en los dispositivos lógicos de espintrónica. Los antiferromagnetos se presentan como materiales muy prometedores para futuras aplicaciones espintrónicas. A pesar de estar ordenados magnéticamente, la magnetización neta es nula, ya que los momentos magnéticos vecinos apuntan en direcciones opuestas. Como resultado, los antiferromagnetos no generan campos magnéticos parásitos y no se ven afectados por cambios en el campo magnético externo.

Además, exhiben importantes efectos de acoplamiento espín-órbita y magnetotransporte, así como una dinámica inherente de alta frecuencia. Los antiferromagnetos tienen más usos que simplemente funcionar como componentes pasivos en aplicaciones de polarización de intercambio, algo que se ha hecho evidente en los últimos diez años. Este desarrollo supuso un cambio de paradigma, abriendo el camino a nuevas ideas que utilizan antiferromagnetos en tecnologías y aplicaciones basadas en el espín.

En el segmento de dispositivos basados ​​en metal, el subsegmento de dispositivos basados ​​en magnetoresistencia gigante (GMR) lidera el mercado gracias a su adopción en la industria automotriz y la producción de discos duros (HDD). En un cabezal de unidad GMR, una capa no magnética se encuentra entre dos capas ferromagnéticas; una de las capas puede alinearse libremente con el campo magnético codificado en el disco, mientras que la otra tiene una dirección de campo magnético fija. Se denomina dispersión cuando un electrón se mueve a través de un campo magnético y cambia su estado de espín. Los estados de espín aleatorios y dispersos de los electrones provocan una mayor resistencia a la corriente eléctrica. Al alinear perfectamente el estado de espín de los electrones con el campo magnético en las capas del cabezal de unidad, la tecnología GMR reduce significativamente la resistencia y acelera la transferencia de datos. Desde que IBM introdujo la tecnología GMR en 1997, ha sido posible crear unidades más rápidas y con mayor densidad que nunca.

Mediante solicitud

El segmento de motores industriales ostenta la mayor cuota de mercado y se prevé que crezca a una tasa de crecimiento anual compuesta (TCAC) del 32,3 % durante el periodo de pronóstico. Esta mayor cuota de mercado está vinculada al auge de la industrialización en los países en desarrollo y a la demanda de automatización en el sector manufacturero para respaldar el aumento de la producción. La mejora de la eficiencia y la reducción de los costes laborales generales se atribuyen a la demanda de dispositivos lógicos espintrónicos en el segmento de motores industriales. Además, el creciente uso de robots industriales y la expansión de las redes eléctricas, que utilizan diversos sensores de par rotacional para medir las fuerzas de rotación, están generando oportunidades lucrativas para los dispositivos lógicos espintrónicos en aplicaciones industriales.

Perspectivas regionales

Asia-Pacífico es una región dominante con una tasa de crecimiento anual compuesta (TCAC) del 35,2%.

Asia-Pacífico es el accionista más importante en el mercado global de dispositivos lógicos de espintrónica y se espera que crezca a una CAGR del 35,2% durante el período de pronóstico. La mayor participación de mercado está vinculada a las instalaciones de fabricación a gran escala en países como China, Vietnam, Corea del Sur e India. Además, se prevé que la creciente demanda de vehículos eléctricos en esta región abra oportunidades para los fabricantes en el mercado. Los gobiernos de Asia-Pacífico muestran diferentes grados de compromiso en la promoción de vehículos eléctricos. Se han establecido marcos de políticas integrales para apoyar la adopción en China, Japón y Corea del Sur. Tailandia ha establecido su Política de Producción de Vehículos Eléctricos 3030, que tiene como objetivo alcanzar el 30% de la producción nacional de vehículos para 2030 en Asia emergente. El mercado de dispositivos lógicos de espintrónica de la región se expandirá debido a la creciente demanda desensores magnéticos, almacenamiento y procesadores en aplicaciones automotrices, de electrónica de consumo e industriales.

América del Norte es la región de más rápido crecimiento.

Se prevé que Norteamérica crezca a una tasa de crecimiento anual compuesta (TCAC) del 33,9 %, generando 18.230 millones de dólares durante el período de pronóstico. Este crecimiento está vinculado a la extensa investigación realizada por empresas regionales y a la creciente adopción de la tecnología de espintrónica. El mercado norteamericano de dispositivos lógicos espintrónicos se ve impulsado principalmente por los avances tecnológicos en este campo, el alto ingreso per cápita en Norteamérica y la temprana adopción de la automatización. El uso de dispositivos lógicos espintrónicos en vehículos híbridos, híbridos enchufables y eléctricos contribuye a aumentar la eficiencia del combustible, lo que incrementa la demanda de estos dispositivos. Por ejemplo, la región está experimentando un crecimiento significativo en sectores como los servicios en la nube, el almacenamiento empresarial, el RAID para servidores, la automatización industrial y el IoT, así como la infraestructura de telecomunicaciones, lo que impulsa la demanda de tecnologías de vanguardia como la espintrónica.

La región europea también experimenta un crecimiento sustancial a un ritmo anual compuesto, gracias a las iniciativas de diversas empresas europeas para crear dispositivos electrónicos de bajo consumo basados ​​en la espintrónica. Los proyectos de investigación europeos de EURAMET, que responden a las necesidades de la industria, están impulsando avances fundamentales en la metrología. La adopción de los resultados de la investigación en numerosos campos, incluida la espintrónica, se está acelerando gracias a estos proyectos técnicos. Por ejemplo, la tecnología magnética que permite leer y escribir datos en el disco duro se basa en la espintrónica. Los dispositivos electrónicos más pequeños, rápidos y eficientes son esenciales para la innovación industrial y el crecimiento económico de Europa, y tienen el potencial de contribuir significativamente a la reducción de las emisiones de CO₂.

Se prevé que la región LAMEA contribuya al crecimiento del mercado de dispositivos lógicos de espintrónica gracias a los rápidos avances en los Emiratos Árabes Unidos, Arabia Saudita, Brasil, Sudáfrica y Argentina. Además, Brasil busca la asistencia de Taiwán en el sector de semiconductores para expandir la industria de chips avanzados en la mayor economía de Latinoamérica. Funcionarios y empresarios brasileños y taiwaneses, provenientes del centro tecnológico global, están coordinando esfuerzos para ayudar a la mayor economía de Latinoamérica a desarrollar su incipiente industria de semiconductores. Según informes de una reunión del consejo empresarial, con el apoyo del Ministerio de Asuntos Económicos de Taiwán, celebrada en Taipéi el martes, Taiwán cuenta con los recursos y la experiencia necesarios para ayudar a Brasil a concretar sus planes para desarrollar una industria nacional de semiconductores. El sector tecnológico brasileño, valorado en 50 mil millones de dólares, crecería con una mayor colaboración con Taiwán. Estas recientes actividades en la región LAMEA impulsarán el crecimiento del mercado de dispositivos lógicos de espintrónica durante el período previsto.