Motor de quatro tempos para átomos faz bit guardar 4 dados

Redação do Site Inovação Tecnológica - 13/07/2022

Embora não sejam pistões, bielas e um virabrequim, o comportamento é incrivelmente similar ao de um motor a combustão.
[Imagem: TU Wien]

Bit com 4 dados

Se você chavear um bit na memória de um computador e depois alterá-lo novamente, você estará restaurando o estado original, já que existem apenas dois estados, que podem ser chamados de "0 e 1".

No entanto, um efeito surpreendente acaba de ser descoberto por uma equipe da Universidade Tecnológica de Viena, na Áustria: Um cristal feito de óxidos dos elementos gadolínio e manganês exige que você ligue e desligue o interruptor não apenas uma, mas duas vezes, para que o valor original seja recuperado.

Isso acontece porque, durante este duplo processo de ligar e desligar, o spin dos átomos de gadolínio realiza uma rotação completa. É o mesmo que acontece com o virabrequim de um motor a combustão, no qual um movimento para cima e para baixo é convertido em um movimento circular.

Este novo fenômeno abre possibilidades interessantes na física dos materiais e, claro, no armazenamento de informações.

Materiais com estas características podem ser usados para criar sistemas com quatro estados possíveis, ou seja, armazenar dois bits por transístor, em vez do tradicional bit "0" ou "1". O efeito também é particularmente interessante para a tecnologia de sensores, por exemplo, explorando o fenômeno para criar um contador de pulsos magnéticos.

E o efeito ainda fornece novas informações importantes para a pesquisa teórica: É outro exemplo do chamado "efeito topológico", uma classe de efeitos materiais que vem atraindo muita atenção na física do estado sólido há anos e deve permitir o desenvolvimento de novos materiais.

Motor de quatro tempos de gadolínio

O pentóxido de gadolínio e manganês (GdMn₂O₅) é um material no qual a eletricidade e o magnetismo estão intrinsecamente ligados, o que permite, por exemplo, ativar ou desativar o magnetismo usando eletricidade.

Era justamente isso que a equipe estava estudando quando se deparou com o fenômeno inusitado. No início, o material ficou eletricamente polarizado - carregado positivamente de um lado e negativamente do outro. Quando um forte campo magnético é acionado, sua polarização muda muito pouco.

No entanto, quando o campo magnético é novamente desligado, ocorre uma mudança dramática: De repente, a polarização se inverte, e o lado que estava carregado positivamente fica carregado negativamente e vice-versa.

Então é necessário repetir o mesmo processo: Novamente, você liga o campo magnético e a polarização elétrica permanece aproximadamente constante; quando o campo magnético é desligado, a polarização se inverte novamente e, assim, retorna ao seu estado original.

"De certa forma, é um motor de quatro tempos para átomos. Em um motor de quatro tempos, também são necessários quatro passos para voltar ao estado inicial - e o cilindro se move para cima e para baixo duas vezes no processo. No nosso caso, o campo magnético se move para cima e para baixo duas vezes antes que o estado inicial seja restaurado e o spin dos átomos de gadolínio aponte na direção original novamente," disse o professor Andrei Pimenov, um dos pioneiros no controle elétrico do magnetismo.

E o segredo de tudo está no "pistão de gadolínio": Os átomos de gadolínio mudam sua direção de rotação (seu momento magnético, ou spin) em cada uma das quatro etapas, mas em 90 graus de cada vez.

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