p Pesquisadores da UC Berkeley e UC Riverside desenvolveram um novo, método ultrarrápido para controlar eletricamente o magnetismo em certos metais, um avanço que poderia levar a um desempenho muito maior e tecnologias de processamento e memória de computador mais eficientes em termos de energia. p As descobertas do grupo, liderado pelo professor de engenharia elétrica e ciências da computação (EECS) de Berkeley, Jeffrey Bokor, são publicados em um par de artigos nas revistas Avanços da Ciência (Vol. 3, No. 49, 3 de novembro, 2017) e Cartas de Física Aplicada (Vol. III, No. 4, 24 de julho 2017).

p Os computadores usam diferentes tipos de tecnologias de memória para armazenar dados. Memória de longo prazo, normalmente um disco rígido ou unidade flash, precisa ser denso para armazenar o máximo de dados possível. Mas a unidade central de processamento (CPU) - o hardware que permite aos computadores computar - requer sua própria memória para armazenamento de informações de curto prazo enquanto as operações são executadas. A memória de acesso aleatório (RAM) é um exemplo dessa memória de curto prazo.

p Ler e gravar dados na RAM precisa ser extremamente rápido para acompanhar os cálculos da CPU. A maioria das tecnologias de RAM atuais são baseadas na retenção de carga (elétron), e pode ser escrito a taxas de bilhões de bits por segundo (ou bits / nanossegundo). A desvantagem dessas tecnologias baseadas em carga é que elas são voláteis, exigindo energia constante ou então eles perderão os dados.

p Nos últimos anos, alternativas magnéticas para RAM, conhecido como Memória de Acesso Aleatório Magnético (MRAM), chegaram ao mercado. A vantagem dos ímãs é que eles retêm informações mesmo quando a memória e a CPU estão desligadas, permitindo economia de energia. Mas essa eficiência vem às custas da velocidade. Um grande desafio para o MRAM é acelerar a gravação de um único bit de informação para menos de 10 nanossegundos.

p "O desenvolvimento de uma memória não volátil tão rápida quanto as memórias de acesso aleatório baseadas em carga pode melhorar drasticamente o desempenho e a eficiência energética dos dispositivos de computação, "diz Bokor, que também é cientista sênior na Divisão de Ciências de Materiais do Laboratório Nacional Lawrence Berkeley do Departamento de Energia (Berkeley Lab). "Isso nos motivou a procurar novas maneiras de controlar o magnetismo em materiais em velocidades muito mais altas do que no MRAM de hoje."

p "Inspirado por experiências recentes na Holanda sobre comutação magnética ultrarrápida usando pulsos de laser curtos, construímos circuitos especiais para estudar como os metais magnéticos respondem a pulsos elétricos tão curtos quanto alguns trilionésimos de segundo, "ou picossegundos, diz o co-autor Yang Yang (M.S.'13 Ph.D.'17 MSE). "Descobrimos que em uma liga magnética feita de gadolínio e ferro, esses pulsos elétricos rápidos podem mudar a direção do magnetismo em menos de 10 picossegundos. Isso é muito mais rápido do que qualquer outra tecnologia MRAM. "

p "O pulso elétrico aumenta temporariamente a energia dos elétrons do átomo de ferro, "diz Richard Wilson, atualmente é professor assistente de engenharia mecânica na UC Riverside, que começou seu trabalho neste projeto como pesquisador de pós-doutorado na EECS em Berkeley. "Este aumento de energia faz com que o magnetismo nos átomos de ferro e gadolínio exerçam torque um sobre o outro, e eventualmente leva a uma reorientação dos pólos magnéticos do metal. É uma maneira completamente nova de usar correntes elétricas para controlar ímãs. "

p Após sua demonstração inicial de escrita elétrica na liga especial de ferro-gadolínio, a equipe de pesquisa procurou maneiras de expandir seu método para uma classe mais ampla de materiais magnéticos. "As propriedades magnéticas especiais da liga de ferro-gadolínio são o que faz este trabalho, "diz Charles-Henri Lambert, um pós-doutorado em Berkeley EECS. "Portanto, encontrar uma maneira de expandir nossa abordagem de escrita elétrica rápida para uma classe mais ampla de materiais magnéticos foi um desafio emocionante. "

p Abordar esse último desafio foi o assunto de um segundo estudo, publicado em Cartas de Física Aplicada em julho. "Descobrimos que, quando empilhamos um metal magnético de elemento único, como cobalto, no topo da liga de ferro-gadolínio, a interação entre as duas camadas nos permite manipular o magnetismo do cobalto em escalas de tempo sem precedentes também, "diz Jon Gorchon, uma pesquisa de pós-doutorado na Divisão de Ciências dos Materiais no Lawrence Berkeley Lab e no EECS na UC Berkeley.

p "Juntos, essas duas descobertas fornecem um caminho para memórias magnéticas ultrarrápidas que permitem uma nova geração de alto desempenho, processadores de baixo consumo de energia com alta velocidade, memórias não voláteis diretamente no chip, "Bokor diz.