A memória de computador moderna codifica informações trocando bits magnéticos dentro de dispositivos. Agora, um estudo inovador conduzido por pesquisadores da NUS Electrical and Computer Engineering encontrou uma nova maneira eficiente de usar 'ondas de spin' para alternar a magnetização em temperatura ambiente para memória de spin e dispositivos lógicos mais eficientes em termos de energia.

Os chips eletrônicos tradicionais sofrem de substancial "calor Joule, "que ocorre devido ao fluxo de uma corrente elétrica produzindo altas temperaturas. É causado por movimento rápido e colisão frequente entre cargas móveis dentro dos dispositivos. Esse problema grave não causa apenas uma grande quantidade de dissipação de energia, mas também prejudica a velocidade de processamento do chip e limita o número de chips que podem ser incorporados aos aparelhos.

"Sempre encontramos esses problemas e inconvenientes ao usar nossos telefones, computadores e outros dispositivos eletrônicos. Muitas vezes descobrimos que esses dispositivos estão ficando 'quentes' e 'lentos, ' além disso, precisamos carregá-los com frequência e ter que trazer outro carregador portátil às vezes, "explicou o professor Yang Hyunsoo, o líder da equipe desta pesquisa.

Então, em vez de adotar métodos de injeção de elétrons padrão usados ​​na eletrônica tradicional, A equipe do professor Yang usou criativamente "ondas de spin" para alternar a magnetização. Ondas de spin são distúrbios propagadores na ordenação de materiais magnéticos, e do ponto de vista quase-partícula, ondas de spin são conhecidas como "magnons".

A equipe construiu um sistema de duas camadas que consiste em um canal de transporte magnético antiferromagnético e uma fonte de spin isolante topológico. Na primeira vez no mundo, eles então demonstraram com sucesso a comutação de magnetização conduzida por onda de spin na camada ferromagnética adjacente com uma alta eficiência em temperatura ambiente.

O novo esquema de comutação baseado em ondas de spin pode evitar o movimento de cargas. Portanto, muito menos calor Joule e dissipação de energia seriam esperados para dispositivos. O avanço da comutação baseada em ondas de spin pode abrir um novo caminho para chips eficientes em energia.

Os resultados do estudo foram publicados em 29 de novembro de 2019 em Ciência .

Ondas de giro e torque magnon

"As ondas de spin (magnons) podem fornecer informações de spin mesmo em isoladores, sem envolver cargas em movimento. Essa propriedade exclusiva permite uma propagação de spin mais longa, mas com menor dissipação em comparação com spins de elétrons, "explicou o Dr. Wang Yi, o primeiro autor deste trabalho.

"Então, podemos controlar a magnetização se transferirmos as informações de spin dos magnons para a magnetização local, que pode ser entendido como 'torques magnon, '"disse o Dr. Wang. Assim como uma força linear é um empurrão ou um puxão, um torque pode ser considerado uma torção em um objeto. "Portanto, esta nova forma de manipular a magnetização pode ser usada para futura memória de dados e dispositivos lógicos, " ele adicionou.

Aplicativos potenciais e próximas etapas

"Nosso trabalho primeiro mostra que o torque do magnon é suficiente para alternar a magnetização à temperatura ambiente. Mesmo a eficiência do torque do magnon é comparável com a eficiência do torque de rotação elétrica anteriormente buscada. Acreditamos que pode ser substancialmente melhorada por dispositivos de engenharia ainda mais, para que o torque magnon se torne mais eficiente em termos de energia, "Prof Yang disse.

"Sabemos que o torque de spin elétrico abriu a era para aplicações de dispositivos spintrônicos, como memórias magnéticas de acesso aleatório (MRAMs). Acreditamos que nosso relatório do novo esquema de torque magnon para comutação de magnetização é uma ideia revolucionária na spintrônica. revigorar não apenas uma nova área de pesquisa em magnônica, mas também dispositivos práticos operados por magnons, "Dr. Wang afirmou.

Próximo, a equipe de pesquisa irá projetar ainda mais a eficiência dos torques magnon e explorar todos os dispositivos magnon sem envolver peças elétricas. Além disso, a frequência de operação das ondas de spin está na faixa de terahertz. Dispositivos Terahertz podem transmitir dados em velocidades significativamente mais altas do que atualmente é possível. "Portanto, Dispositivos baseados em torque magnon permitirão a implementação de aplicações de ultra alta velocidade no futuro, "Prof Yang disse.