Os cientistas fizeram um grande avanço no desenvolvimento de uma nova geração de eletrônicos que exigirá menos energia e gerará menos calor.

Envolve explorar as propriedades quânticas complexas dos elétrons - neste caso, o estado de spin dos elétrons.

Em uma estreia mundial, os pesquisadores - liderados por uma equipe de físicos da Universidade de Leeds - anunciaram no jornal Avanços da Ciência que eles criaram um 'capacitor de spin' que é capaz de gerar e manter o estado de spin dos elétrons por várias horas.

As tentativas anteriores mantiveram o estado de rotação apenas por uma fração de segundo.

Na eletronica, um capacitor retém energia na forma de carga elétrica. Um capacitor de spin é uma variação dessa ideia:em vez de manter apenas a carga, também armazena o estado de spin de um grupo de elétrons - na verdade, "congela" a posição de spin de cada um dos elétrons.

Essa capacidade de capturar o estado de rotação abre a possibilidade de que novos dispositivos possam ser desenvolvidos para armazenar informações de forma tão eficiente que os dispositivos de armazenamento podem ficar muito pequenos. Um capacitor de rotação medindo apenas uma polegada quadrada pode armazenar 100 Terabytes de dados.

Dr. Oscar Cespedes, Professor Associado da Escola de Física e Astronomia que orientou a pesquisa, disse:"Este é um pequeno, mas significativo avanço no que poderia se tornar uma revolução na eletrônica impulsionada pela exploração dos princípios da tecnologia quântica.

"No momento, até 70 por cento da energia usada em um dispositivo eletrônico, como um computador ou telefone celular, é perdida na forma de calor, e essa é a energia que vem dos elétrons que se movem através dos circuitos do dispositivo. Isso resulta em enormes ineficiências e limita a capacidade e a sustentabilidade das tecnologias atuais. A pegada de carbono da Internet já é semelhante à das viagens aéreas e aumenta a cada ano.

"Com efeitos quânticos que usam luz e elementos ecológicos, não poderia haver perda de calor. Isso significa que o desempenho das tecnologias atuais pode continuar a se desenvolver de uma forma mais eficiente e sustentável que requer muito menos energia. "

Dr. Matthew Rogers, um dos autores principais, também de Leeds, comentou:"Nossa pesquisa mostra que os dispositivos do futuro podem não depender de discos rígidos magnéticos. Em vez disso. Eles terão capacitores de rotação operados por luz, o que os tornaria muito rápidos, ou por um campo elétrico, o que os tornaria extremamente eficientes em termos de energia.

"Este é um avanço empolgante. A aplicação da física quântica à eletrônica resultará em dispositivos novos e inovadores."

Como funciona um capacitor de rotação

Na computação convencional, a informação é codificada e armazenada como uma série de bits:por ex. zeros e uns em um disco rígido. Esses zeros e uns podem ser representados ou armazenados no disco rígido por mudanças na polaridade de pequenas regiões magnetizadas no disco.

Com a tecnologia quântica, capacitores de spin podiam escrever e ler informações codificadas no estado de spin dos elétrons usando campos de luz ou elétricos.

A equipe de pesquisa foi capaz de desenvolver o capacitor de rotação usando uma interface de materiais avançada feita de uma forma de carbono chamada buckminsterfullerene (buckyballs), óxido de manganês e um eletrodo magnético de cobalto. A interface entre o nanocarbono e o óxido é capaz de prender o estado de spin dos elétrons.

O tempo que leva para o estado de spin decair foi estendido pelo uso da interação entre os átomos de carbono nos fulerenos e o óxido de metal na presença de um eletrodo magnético.

Algumas das instalações experimentais mais avançadas do mundo foram usadas como parte da investigação.

Os pesquisadores usaram o Síncrotron ALBA em Barcelona, ​​que usa aceleradores de elétrons para produzir luz síncrotron que permite aos cientistas visualizar a estrutura atômica da matéria e investigar suas propriedades. A espectroscopia de spin de múon de baixa energia no Instituto Paul Scherrer na Suíça foi usada para monitorar mudanças locais de spin sob luz e irradiação elétrica dentro de bilionésimos de um metro dentro da amostra. Um muon é uma partícula subatômica.

Os resultados da análise experimental foram interpretados com a ajuda de cientistas da computação no Conselho de Instalações Técnicas e Científicas do Reino Unido, lar de um dos supercomputadores mais poderosos do Reino Unido.

Os cientistas acreditam que os avanços que fizeram podem ser aproveitados, mais notavelmente para dispositivos que são capazes de manter o estado de rotação por longos períodos de tempo.