Novo efeito físico traz spintrônica mais próxima da realidade

Redação do Site Inovação Tecnológica - 21/10/2013

A spintrônica promete ser mais sutil do que a eletrônica, tirando proveito de uma propriedade que pode ser entendida como o giro de cada elétron individual no sentido horário e anti-horário.
[Imagem: Universität Hamburg]

Corrente de spins

Uma corrente elétrica é formada por uma enxurrada de elétrons - as cargas negativas - disparados em direção às lacunas - as cargas positivas.

Mas a spintrônica promete ser mais sutil do que a eletrônica, tirando proveito do spin do elétron, uma propriedade que pode ser entendida como o giro de cada elétron individual no sentido horário e anti-horário.

Para isso, é necessário criar correntes elétricas que tenham elétrons apenas de um spin, ou apenas de outro - as chamadas correntes polarizadas pelo spin.

Isto porque essas correntes são necessárias para alterar o estado de bits que armazenam informações magneticamente - em memórias que não perdem os dados quando a energia é desligada.

As MRAMs- Memórias Magnéticas de Acesso Aleatório - prometem há tempos computadores com boot instantâneo, já que tudo ficará na memória quando o computador for desligado.

O problema é que tem sido difícil fabricá-las em larga escala porque as memórias magnéticas têm uma densidade muito baixa e continuam gastando energia demais.

Isto acontece porque os filtros necessários para produzir as correntes polarizadas pelo spin têm estruturas complicadas e exigem altas correntes para funcionar.

Torque de spin

Agora, uma equipe internacional de pesquisadores descreveu um novo efeito físico que facilita a produção dessas correntes spintrônicas puras dispensando todo esse aparato.

"Nós não precisamos mais dos filtros de spin. Em vez disso, nós produzimos a corrente de spin diretamente onde ela será usada. Tudo o que precisamos é uma pilha com camadas de cobalto e platina," explica Frank Freimuth, da Universidade Julich, na Alemanha.

Isso não apenas reduz a corrente necessária para implementar as memórias magnéticas, como também simplifica sua estrutura, permitindo aumentar sua densidade - colocar mais bits por área.

Corrente de spin (azul) e acumulação de spin (vermelho) em sistemas de camadas compostas de platina (na parte inferior) e cobalto. O torque que influencia a orientação dos momentos magnéticos na camada de cobalto está ilustrado pelas barras magnéticas vermelhas e verdes.
[Imagem: Forschungszentrum Jülich]

Uma corrente elétrica, conduzida através da interface dos dois materiais na pilha, separa os spins na camada de platina e transporta apenas um tipo de rotação para a camada magnética de cobalto.

Isto cria um torque nesta camada que consegue inverter a magnetização.

"Torques de spin já haviam sido observados em sistemas de dupla camada. O fato de termos, pela primeira vez, explicado conclusivamente como eles são criados, é uma descoberta científica, porque isso irá nos permitir produzi-los seletivamente e investigá-los com mais detalhes," explica Freimuth.

Torque de spin-órbita

Na verdade, são dois mecanismos que se combinam para produzir o novo efeito, que foi batizado de "torque de spin-órbita": o acoplamento spin-órbita e a interação de troca.

O acoplamento spin-órbita é um fenômeno quântico relativístico bem conhecido, sendo a razão pela qual todos os spins de elétron de um determinado tipo passam da camada de platina para a camada de cobalto.

Dentro da camada de cobalto, a orientação magnética da camada então interage com os spins através da interação de troca.

Os pesquisadores já testaram sua teoria com sucesso em experimentos.

O próximo passo será calcular o efeito em outros materiais com o acoplamento de spin-torque mais forte para saber se o efeito poderá ser ainda melhor em outras combinações de materiais.

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