Material multiferroico cria bit com quatro estados diferentes

Redação do Site Inovação Tecnológica - 02/03/2012

Imagem por microscopia eletrônica da junção túnel multiferróica mostrando a estrutura extremamente regular da camada de PZT. As saliências em amarelo são os eletrodos ferromagnéticos, que permitem o acesso a cada junção.
[Imagem: Marin Alexe/MPI of Microstructure Physics]

Bit com esteroides

Poucos meses atrás, cientistas conseguiram controlar o magnetismo de um material usando apenas a eletricidade.

Agora a coisa ficou ainda mais simples e mais promissora.

Usando um pulso elétrico, uma equipe do Instituto Max Planck, na Alemanha, demonstrou que é possível alterar a propriedade magnética de um material similar ao usado para o armazenamento de dados em discos rígidos e em memórias de acesso aleatório não-voláteis.

Este novo mecanismo de chaveamento significa que a informação gravada em um bit magnético poderá ser colocada não apenas em dois estados (0 ou 1), mas em quatro estados diferentes.

Processamento de dados

O mecanismo eletromagnético tem potencial para elevar drasticamente a densidade de armazenamento magnético, ou seja, a capacidade de colocar mais dados na mesma área, ou a mesma quantidade de dados em uma área menor.

Mas os benefícios vão além: segundo os pesquisadores, esse tipo de componente eletrônico - tecnicamente chamado de junção túnel multiferroica - pode ser particularmente eficiente no processamento de dados.

Isto porque o novo componente não utiliza a carga dos elétrons, mas apenas o seu spin - ou seja, trata-se de um componente da nascente spintrônica, com suas promessas de alta velocidade e baixíssimo consumo de energia.

Junção túnel multiferroica

Para entender o funcionamento desse mecanismo, imagine um sistema de controle de luminosidade de uma lâmpada - um dimmer - que seja capaz não apenas de mudar a intensidade do brilho da lâmpada, mas também a cor da luz emitida.

Embora brilho e cor sejam ambas características da luz, elas não podem ser manipuladas com uma chave única.

Dietrich Hesse e Marin Alexe deram um "jeitinho" usando sua junção túnel multiferroica, que tira proveito da corrente elétrica que tunela entre duas camadas de material ferromagnético que formam um sanduíche de um material misto conhecido como multiferroico.

multiferroico neste caso significa que o material inclui as duas substâncias ferromagnéticas, assim como um substância ferroelétrica.

A junção multiferróica pode assumir quatro diferentes resistências elétricas: duas para cada direção da polarização elétrica, uma para a mesma magnetização e outra para a magnetização oposta dos dois ferromagnetos.
[Imagem: Pantel et al./Nature Materials]

Bits 4 em 1

Nos materiais ferroelétricos, a tensão alterna entre os dois sentidos de uma polarização elétrica - dependendo de sua polaridade - não muito diferente do que ocorre quando um campo magnético inverte a polaridade de um ímã.

Como os íons se movimentam dentro da estrutura do material durante este processo, a polarização permanece intacta, mesmo após a tensão ter sido reduzida.

É possível, no entanto, reverter o interruptor novamente aplicando uma tensão de mesma intensidade, mas com a polaridade invertida.

Assim, a junção multiferroica pode assumir quatro diferentes resistências elétricas: duas para cada direção da polarização elétrica, uma para a mesma magnetização e outra para a magnetização oposta dos dois ferromagnetos.

"Isso nos permite depositar três vezes mais informação em uma junção túnel multiferroica do que em um sistema de armazenamento magnético binário comum," afirmou Alexe.

Memórias magnéticas

O material ferromagnético usado é o manganato de estrôncio-lantânio (LSMO), em camadas de 30 nanômetros, enquanto o material ferroelétrico é o conhecido PZT, uma liga de chumbo, zircônio e titânio que vem sendo usada nos nanogeradores devido à sua propriedade de piezoeletricidade.

Com o novo mecanismo, o tamanho das memórias de acesso aleatório magnéticas (MRAM) poderá ser consideravelmente reduzido.

As MRAMs representam uma alternativa às RAMs convencionais, operadas eletricamente, porque elas são não-voláteis, dispensando o carregamento dos dados do disco rígido para a memória durante a inicialização, o que significa que o computador estaria pronto para ser usado ao apertão de um botão.

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