Interações magnéticas 3D podem levar a novas formas de computação

Redação do Site Inovação Tecnológica - 18/06/2019

O momento magnético dos elétrons (spin) interage de uma maneira muito peculiar, permitindo trocar informações.
[Imagem: Universidade de Glasgow]

Comunicação magnética

Uma nova forma de interação magnética que leva um fenômeno até agora visto como unicamente bidimensional para a terceira dimensão promete abrir uma série de novas possibilidades para armazenamento de dados e computação avançada.

Amalio Pacheco e seus colegas da Universidade de Glasgow, na Escócia, encontraram uma maneira de passar informações de uma série de minúsculos ímãs dispostos em um filme ultrafino até ímãs em um segundo filme colocado em paralelo.

Isso acrescenta uma dimensão extra - literal e metaforicamente - à spintrônica, o campo da ciência dedicado ao armazenamento, recuperação e processamento de dados usando o momento magnético, conhecido como spin, dos elétrons.

Spintrônica

Você certamente já brincou com um par de ímãs, verificando como os pólos opostos se atraem e os semelhantes se repelem. Embora isso seja verdade na nossa escala humana, o modo como os ímãs interagem sofre algumas mudanças significativas à medida que os ímãs encolhem - em nanoescala, isso inclui a possibilidade de atrair e repelir uns aos outros em ângulos de até 90 graus, e não apenas diretamente.

Esse é um dos cernes da spintrônica, cuja descoberta rendeu o Nobel de Física em 2007. Os benefícios desses sistemas spintrônicos incluem um baixo consumo de energia, alta capacidade de armazenamento e maior robustez.

Agora a spintrônica surge como uma força ainda mais promissora, deixando de ficar confinada a um único plano. A possibilidade de trocar informações entre camadas adiciona um novo potencial de armazenamento e computação.

"É um pouco como incluir uma nota extra em uma escala musical - ela abre um novo mundo de possibilidades, não apenas para processamento e armazenamento de informações convencionais, mas potencialmente para novas formas de computação que nem sequer pensamos ainda," disse Amalio Pacheco.

O fenômeno explorado é conhecido como interação quiral de spin.
[Imagem: Pacheco et al - 10.1038/s41563-019-0386-4]

Spintrônica 3D

A transmissão de informação entre camadas depende do que é conhecido pelos físicos como interações quirais de spin, um tipo de força magnética que favorece um sentido específico de rotação em ímãs vizinhos. Esse mecanismo já foi explorado, por exemplo, para criar skyrmions, outro tipo de objeto magnético em nanoescala superpromissor, uma vez que a computação magnética supera a lógica booleana em milhares de vezes.

Pacheco montou um sistema de múltiplas camadas formado por filmes magnéticos ultrafinos separados por espaçadores metálicos não magnéticos. A estrutura do sistema, e um ajuste preciso das propriedades de cada camada e suas interfaces, cria configurações magnéticas incomuns, onde o campo magnético das duas camadas forma ângulos entre zero e 90 graus.

Ao contrário dos magnetos multicamadas já criados, o sanduíche criado pela equipe apresenta uma predileção por configurações no sentido horário, um sinal de que está havendo uma interação de spin quiral entre as duas camadas magnéticas.

Esta quebra de simetria rotacional foi observada à temperatura ambiente e sob condições ambientais padrão, justificando o entusiasmo da equipe com a possibilidade de criar configurações 3-D magnéticas topologicamente complexas em tecnologias spintrônicas.

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