Vórtion: Novo estado magnético imita sinapses, guarda dados e muito mais

Redação do Site Inovação Tecnológica - 24/03/2025

Imagem 3D dos vórtices emergentes obtida por microscópio de força atômica (AFM).
[Imagem: Irena Spasojevic et al. - 10.1038/s41467-025-57321-8]

Vórtices magnéticos

Pesquisadores espanhóis desenvolveram experimentalmente um novo estado magnético da matéria: Um vórtice magneto-iônico, ou "vórtion".

Esse redemoinho magnético viabiliza um nível sem precedentes de controle das propriedades magnéticas de um material em nanoescala e à temperatura ambiente, abrindo novos horizontes para o desenvolvimento de dispositivos magnéticos avançados, incluindo o armazenamento digital de dados.

Geralmente, para armazenar informações os sistemas de informática utilizam correntes elétricas, o que dissipa calor. Controlar memórias magnéticas com uma tensão elétrica - em vez de com uma corrente elétrica - pode minimizar esse desperdício de energia. Uma maneira de conseguir isso é usando materiais magnetoiônicos, que permitem a manipulação de suas propriedades magnéticas adicionando ou removendo íons por meio de mudanças na polaridade da tensão aplicada.

Até agora, a maioria dos experimentos nessa área envolve filmes contínuos, em vez de controlar propriedades na escala nanométrica, em "bits" discretos, essenciais para armazenamento de dados de alta densidade. É claro que já temos os skyrmions, pequenas estruturas magnéticas semelhantes a redemoinhos. No entanto, alterar o estado do vórtice em materiais já preparados é frequentemente impossível ou requer grandes quantidades de energia.

Princípio de operação de um vórtice magnético analógico controlado por movimento iônico acionado por campo elétrico.
[Imagem: Irena Spasojevic et al. - 10.1038/s41467-025-57321-8]

Vórtions

Irena Spasojevic e seus colegas da Universidade Autônoma de Barcelona se voltaram então para uma combinação de materiais magneto-iônicos e vórtices magnéticos. O resultado é um novo estado magnético que eles batizaram de vórtice magneto-iônico, ou vórtion. Este novo objeto permite o controle "sob demanda" das propriedades magnéticas de um material com resolução nanométrica e com alta precisão.

Essa manipulação é feita pela extração de íons de nitrogênio através da aplicação de uma tensão elétrica, permitindo assim um controle eficiente com consumo de energia muito baixo.

"Com os vórtions que desenvolvemos, podemos ter controle sem precedentes de propriedades magnéticas como magnetização, coercividade, remanência, anisotropia ou os campos críticos nos quais os vórtions são formados ou aniquilados. Essas são propriedades fundamentais para armazenar informações em memórias magnéticas, que agora podemos controlar e sintonizar de forma analógica e reversível por um processo ativado por tensão com consumo de energia muito baixo," disse Spasojevic.

Os pesquisadores demonstraram que, ao controlar com precisão a espessura da camada magnética gerada pela tensão elétrica, o estado magnético do material pode ser variado à vontade, de maneira controlada e reversível, entre um estado não magnético, um estado com orientação magnética uniforme (o norte-sul encontrado em um ímã) e o novo estado de vórtice magneto-iônico.

Esquemas de dispositivos e configurações para ferromagnetismo induzido por voltagem em nanopontos de FeCoN.
[Imagem: Irena Spasojevic et al. - 10.1038/s41467-025-57321-8]

Imitar o comportamento das sinapses neuronais

Este nível sem precedentes de controle das propriedades magnéticas em nanoescala e à temperatura ambiente abre novos horizontes para o desenvolvimento de dispositivos magnéticos avançados, com funcionalidades que podem ser adaptadas depois que o material tenha sido sintetizado. Isso fornece maior flexibilidade, necessária para atender a demandas tecnológicas específicas.

"Prevemos, por exemplo, a integração de vórtices magneto-iônicos reconfiguráveis em redes neurais como sinapses dinâmicas, capazes de imitar o comportamento das sinapses biológicas," disse o professor Jordi Sort. No cérebro, as conexões entre neurônios, as sinapses, têm pesos (intensidades) diferentes que se adaptam dinamicamente de acordo com a atividade e o processo de aprendizagem. Da mesma forma, os vórtions podem fornecer pesos sinápticos neuronais ajustáveis, refletidos em valores de magnetização ou anisotropia reconfiguráveis, viabilizando a criação de dispositivos spintrônicos neuromórficos.

"De fato, a atividade dos neurônios e das sinapses biológicos também é controlada por sinais elétricos e migração de íons, análogos às nossas unidades magneto-iônicas," destacou Spasojevic.

Os pesquisadores acrescentam que, além do seu impacto em computação neuromórfica, computação analógica e em sistemas de armazenamento de dados multiestados, os vórtions podem ter outras aplicações, incluindo técnicas de terapia médica teranóstica, segurança de dados, dispositivos de computação de spin magnético (lógica de spin) e a geração de ondas de spin (magnônica).

Mais tópicos