Spintrônica: chips que usam propriedades quânticas estão a caminho

Redação do Site Inovação Tecnológica - 22/12/2009

Dispositivo para injeção e detecção da polarização no spin no silício, um passo essencial no desenvolvimento da spintrônica.
[Imagem: Nature/Dash et al.]

Pesquisadores holandeses conseguiram transferir informações magnéticas diretamente para um semicondutor e, pela primeira vez, eles fizeram isto a temperatura ambiente.

Esta comunicação representa a unificação entre as funções de armazenamento - uma função tipicamente magnética nos computadores atuais - e de cálculo - uma função desempenhada pelos semicondutores.

Vários outros pesquisadores já haviam demonstrado a possibilidade dessa união entre magnético e semicondutor, mas os experimentos vinham sendo feitos em temperaturas muito baixas ou em materiais mais exóticos - veja, por exemplo Átomos artificiais unem eletricidade e magnetismo em memória revolucionária e Semicondutores magnéticos permitirão chips que calculam e armazenam dados.

Novo paradigma da computação

A demonstração da troca direta de informações entre materiais magnéticos e semicondutores, especificamente para o silício, é um passo histórico no desenvolvimento de um novo paradigma para a eletrônica e para a computação.

O feito representa uma espécie de elo perdido que vem unir as duas áreas fundamentais da computação e poderá abrir caminho para uma nova forma de eletrônica, a chamada spintrônica.

Entre algumas das vantagens da spintrônica, além da miniaturização, estão o reduzidíssimo consumo de energia e a capacidade de reter as informações na ausência de alimentação, uma vez que o material semicondutor estará magnetizado.

Chips quânticos

Ao contrário da eletrônica atual, que explora a carga do elétron e seu movimento, a spintrônica utiliza uma propriedade quântica do elétron chamada spin, uma espécie de "rotação" que faz com que um spin assuma duas posições.

Os termos "para cima" ou "para baixo" são convenções usadas para representar a "posição" do spin, o que significa que ele pode ser usado para armazenar um bit de informação, assumindo um valor que pode ser 0 ou 1. Fazer um spin passar de 0 para 1 e vice-versa requer pouquíssima energia, muito menos do que o fluxo de elétrons usado nos computadores atuais.

O grande desafio é transferir o dado - o 0 ou o 1 do spin - para o semicondutor, o material com que são feitos os processadores, para que esse dado possa ser usado nos cálculos computacionais.

Comunicação entre materiais magnéticos e semicondutores

No experimento agora feito na Universidade de Twente, Ron Jansen e seus colegas fabricaram um sanduíche formado por uma película finíssima - menos de 1 nanômetro de espessura - de óxido de alumínio colocada entre um material magnético e um material semicondutor.

A espessura das películas de cada um dos materiais, que contêm algumas poucas camadas de átomos, é crucial para o funcionamento do dispositivo.

O material magnético tem a propriedade do magnetismo porque a maioria dos seus elétrons têm os spins apontando na mesma direção. Ao aplicar uma tensão ao longo da interface de óxido de alumínio, os pesquisadores demonstraram que é possível transferir esses elétrons com spins conhecidos para o semicondutor.

O dispositivo permitiu confirmar que os elétrons mantêm sua polarização por um tempo suficiente para fluírem vários nanômetros ao longo do semicondutor, o que é mais do que o suficiente para seu uso em circuitos spintrônicos.

O efeito prático é a criação de uma magnetização no semicondutor, com uma orientação e uma magnitude totalmente controláveis por meio da tensão aplicada.

O próximo passo da pesquisa será fabricar os primeiros componentes spintrônicos, capazes de utilizar e manipular as informações disponíveis nos spins transferidos para o semicondutor.

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