A história de sucesso do processamento de informações por meio da movimentação de elétrons está lentamente chegando ao fim. A tendência para chips cada vez mais compactos constitui um grande desafio para os fabricantes, uma vez que a miniaturização crescente cria problemas físicos parcialmente insolúveis. É por isso que as ondas magnéticas de spin podem ser o futuro:elas são mais rápidas do que os portadores de carga eletrônicos e usam menos energia. Pesquisadores do Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) e TU Dresden desenvolveram um método para controlar a propagação desses portadores de informação no nanolevel de uma forma direcionada e simples; até aqui, isso exigia muita energia. Assim, eles criaram uma base para nanocircuitos que usam ondas de spin.

"Nosso processamento de informações atual é baseado em elétrons, "explica o Dr. Helmut Schultheiß do Instituto de Física de Feixes de Íons e Pesquisa de Materiais do HZDR." Essas partículas carregadas fluem através dos fios, criando correntes elétricas. No entanto, no processo, eles colidem com átomos e perdem energia, que escapa para a rede cristalina na forma de calor. Isso significa que os chips ficam ainda mais quentes, quanto mais próximos os elementos neles estiverem agrupados. Eventualmente eles falham, porque o calor não pode mais ser transmitido. "É por isso que Schultheiß, chefe de um Grupo de Pesquisa Emmy Noether Junior, segue uma abordagem diferente:transporte de informações por meio de ondas de spin, também conhecido como magnons.

O momento magnético dos elétrons

Spin é o termo que os cientistas usam para descrever o momento angular dos elétrons girando em torno de seu próprio eixo. Faz com que as partículas elétricas se comportem como ímãs extremamente pequenos. É por isso que eles se alinham de maneira paralela em materiais ferromagnéticos. "Se alguém orientar um giro em uma direção diferente, isso terá um impacto também nas rotações vizinhas, "Schultheiß explica." Isso cria uma onda de spin que viaja através do corpo sólido. Ele pode ser usado para transportar e processar informações da mesma forma que transportadores de carga fluentes. "No entanto, os próprios elétrons não se movem neste caso. "Eles não colidem com nada e, portanto, dificilmente geram calor."

No entanto, para prevalecer na corrida por métodos de processamento de informações futuras, são necessários sistemas que permitam controlar a propagação de ondas de spin no nanol nível. "Até aqui, abordagens para uma solução foram baseadas em caminhos condutores geometricamente predefinidos ou no uso permanente de campos magnéticos externos, "diz Schultheiß, explicando o estado atual da pesquisa. "No caso da primeira solução, o caminho de propagação não pode ser alterado; no entanto, isso é necessário para o desenvolvimento de circuitos flexíveis. O segundo método resolve esse problema, ainda assim, ao preço de um enorme aumento no consumo de energia. "

Caminho de propagação controlado

Os cientistas desenvolveram com sucesso um novo procedimento para a direção direcionada de ondas de spin, utilizando características magnéticas básicas:remanência, isso é, o magnetismo residual que um corpo sólido retém após a remoção de um campo magnético, e a formação das chamadas paredes de domínio. "Este termo denota a área em corpos sólidos onde os domínios magnéticos alinhados de forma diferente se encontram, "Schultheiß explica. Os pesquisadores do HZDR criaram uma parede de domínio dentro de uma nanoestrutura de liga de níquel-ferro em um experimento. Eles então dispararam uma onda de spin usando micro-ondas. Como seus testes mostraram, as ondas de spin de uma certa frequência ficaram presas na parede do domínio, porque os diferentes domínios magnéticos atuam como barreiras. "Num sentido, pode-se dizer que criamos uma estrada com uma barreira de choque ao longo da qual as ondas de spin viajam de maneira controlada, "Schultheiß descreve alegremente o resultado.

Contudo, os físicos de Dresden puderam comemorar mais um sucesso. Eles manipularam o curso da parede do domínio por meio de pequenos campos magnéticos externos muito abaixo de um militesla, cerca de cem vezes mais fraco do que um ímã de ferradura comercial. Ao fazer isso, eles também manipularam a propagação das ondas de spin. "Esta poderia ser a base para um projeto de nanocircuitos reconfiguráveis ​​que usam magnons, "Schultheiß diz, avaliando as opções. Mesmo assim, o pesquisador acha que provavelmente se passarão vários anos antes da aplicação. “Ainda estamos na fase de pesquisa básica. No entanto, nossos resultados revelam que estamos no caminho certo. "