Os computadores de hoje fornecem armazenamento de enormes quantidades de informações com densidades de dados extremamente grandes, mas escrever e recuperar essas informações consome muita energia. Mais de 99 por cento da energia consumida de armazenamento e processamento de informações é desperdiçada na forma de calor, uma grande dor de cabeça que ainda não diminuiu.

Uma equipe de pesquisadores da França e da Rússia desenvolveu agora uma célula de memória magnetoelétrica de acesso aleatório (MELRAM) que tem o potencial de aumentar a eficiência energética, e assim diminuir o desperdício de calor, por ordens de magnitude para operações de leitura à temperatura ambiente. A pesquisa pode ajudar na produção de dispositivos como laptops instantâneos, flash drives com consumo quase zero, e centros de armazenamento de dados que requerem muito menos ar condicionado. A equipe de pesquisa relatou suas descobertas esta semana em Cartas de Física Aplicada .

Bilhões de transistores agora podem ser gravados em chips individuais em um espaço do tamanho de uma moeda de dez centavos, mas em algum ponto, aumentar esse número para obter um desempenho ainda melhor usando o mesmo espaço não será possível. A densidade absoluta desses transistores nanoscópicos se traduz em mais calor indesejado, juntamente com interações em nível quântico que agora devem ser tratadas.

Nos últimos anos, a pesquisa aumentou para explorar as propriedades magnéticas dos elétrons em um fenômeno chamado efeito magnetoelétrico. Este efeito, frequentemente de interesse no campo de pesquisa conhecido como spintrônica, tira proveito do spin de um elétron, em vez de sua carga. Os giros podem ser potencialmente manipulados em escalas menores usando muito menos energia.

A maioria dos esforços se concentrou na redução da energia das operações de gravação em memórias magnéticas, uma vez que essas operações normalmente usam mais energia do que as operações de leitura. Em 2010, a mesma equipe francesa e russa mostrou que uma combinação de materiais magnetoelásticos e piezoelétricos em uma célula de memória magnetoelétrica poderia permitir uma redução de 100 vezes da energia necessária para o processo de escrita. No último artigo dos pesquisadores, eles mostram que o mesmo princípio magnetoelétrico também pode ser usado para operações de leitura com consumo de energia extremamente baixo.

"Nós nos concentramos nas operações de leitura neste artigo porque o potencial para a energia de escrita ser muito baixa em sistemas magnetoelétricos significa que a produção de energia agora será maior para as operações de leitura, "disse Nicolas Tiercelin, co-autor do artigo e um cientista pesquisador do Centre national de la recherche scientifique (CNRS) que está conduzindo pesquisas no Instituto de Eletrônica, Microeletrônica e Nanotecnologia em Lille, França.

O núcleo da célula de memória MELRAM dos pesquisadores é baseado na combinação das propriedades de dois tipos de materiais, acoplando-os mecanicamente. Ligas magnéticas - uma baseada em uma combinação de térbio-cobalto e outra baseada em ferro e cobalto - com espessuras de alguns nanômetros são empilhadas umas sobre as outras. As ligas formam um material nanocompósito magnetoelástico cujos spins magnéticos reagem ao estresse mecânico.

Essas ligas são então colocadas em um substrato piezoelétrico, que consiste em ferroelétricos relaxantes, materiais exóticos que mudam de forma ou dimensões quando são expostos a um campo elétrico.

"Juntos, esses materiais constituem heteroestruturas multiferróicas nas quais o controle das propriedades magnéticas é possibilitado pela aplicação de uma tensão elétrica, "Tiercelin disse.

"O nanocompósito multicamadas fornece forte interação magnetoelétrica em temperatura ambiente, "disse Vladimir Preobrazhensky, outro co-autor do artigo e diretor de pesquisa do Wave Research Center, Prokhorov General Physics Institute da Russian Academy of Sciences em Moscou. "Essa interação é o mecanismo básico de controle dos estados magnéticos pelo campo elétrico. Essa característica da memória magnetoelétrica é a origem de seu consumo de energia extra-baixo."