p Engenheiros da Universidade da Califórnia, Riverside, relataram avanços nos chamados dispositivos "spintrônicos" que ajudarão a levar a uma nova tecnologia de computação e armazenamento de dados. Eles desenvolveram métodos para detectar sinais de componentes spintrônicos feitos de metais e silício de baixo custo, que supera uma grande barreira à ampla aplicação da spintrônica. Anteriormente, esses dispositivos dependiam de estruturas complexas que usavam metais raros e caros, como a platina. Os pesquisadores foram liderados por Sandeep Kumar, professor assistente de engenharia mecânica. p Dispositivos spintrônicos prometem resolver os principais problemas dos computadores eletrônicos de hoje, na medida em que os computadores usam grandes quantidades de eletricidade e geram calor que requer o gasto de ainda mais energia para resfriamento. Por contraste, dispositivos spintrônicos geram pouco calor e usam quantidades relativamente minúsculas de eletricidade. Os computadores spintrônicos não precisariam de energia para manter os dados na memória. Eles também iniciariam instantaneamente e teriam o potencial de ser muito mais poderosos do que os computadores atuais.

p Embora a eletrônica dependa da carga dos elétrons para gerar os binários uns ou zeros dos dados do computador, a spintrônica depende da propriedade dos elétrons denominada spin. Os materiais spintrônicos registram dados binários por meio da orientação de spin "para cima" ou "para baixo" dos elétrons - como o norte e o sul das barras magnéticas - nos materiais. Uma grande barreira para o desenvolvimento de dispositivos spintrônicos é gerar e detectar os sinais elétricos infinitesimais de spin em materiais spintrônicos.

p Em um artigo publicado na edição de janeiro da revista científica Cartas de Física Aplicada , Kumar e seus colegas relataram uma técnica eficiente de detecção das correntes de spin em um sanduíche simples de duas camadas de silício e uma liga de níquel-ferro chamada Permalloy. Todos os três componentes são baratos e abundantes e podem fornecer a base para dispositivos spintrônicos comerciais. Eles também operam em temperatura ambiente. As camadas foram criadas com os processos de fabricação de eletrônicos amplamente usados, chamados de pulverização catódica. Os co-autores do artigo foram os alunos de graduação Ravindra Bhardwaj e Paul Lou.

p Em seus experimentos, os pesquisadores aqueceram um lado do sanduíche Permalloy-silício de duas camadas para criar um gradiente de temperatura, que gerou uma voltagem elétrica na camada dupla. A tensão deveu-se a um fenômeno conhecido como efeito spin-Seebeck. Os engenheiros descobriram que podiam detectar a "corrente de spin" resultante na camada dupla devido a outro fenômeno conhecido como "efeito Hall de spin inverso".

p Os pesquisadores disseram que suas descobertas terão aplicação para comutação magnética eficiente em memórias de computador, e "essas descobertas científicas podem dar ímpeto" ao desenvolvimento de tais dispositivos. Mais amplamente, eles concluíram, "Esses resultados trazem o onipresente Si (silício) para a vanguarda da pesquisa em spintrônica e estabelecerão as bases de dispositivos de spintrônica de Si e caloritrônicos de spin de Si com eficiência energética."

p Em dois outros artigos científicos, os pesquisadores demonstraram que eles podem gerar uma propriedade chave para materiais spintrônicos, chamado antiferromagnetismo, em silício. A conquista abre um caminho importante para a spintrônica comercial, disseram os pesquisadores, visto que o silício é barato e pode ser fabricado usando uma tecnologia madura com uma longa história de aplicação em eletrônica.

p Ferromagnetismo é a propriedade dos materiais magnéticos nos quais os pólos magnéticos dos átomos estão alinhados na mesma direção. Em contraste, antiferromagnetismo é uma propriedade na qual os átomos vizinhos são magneticamente orientados em direções opostas. Esses "momentos magnéticos" são devidos ao spin dos elétrons nos átomos, e é fundamental para a aplicação dos materiais em spintrônica.

p Nos dois jornais, Kumar e Lou relataram a detecção de antiferromagnetismo nos dois tipos de silício - chamados de tipo n e tipo p - usados ​​em transistores e outros componentes eletrônicos. O silício semicondutor do tipo N é "dopado" com substâncias que o fazem ter uma abundância de elétrons carregados negativamente; e o silício do tipo p é dopado para ter uma grande concentração de "orifícios" carregados positivamente. A combinação dos dois tipos permite a comutação de corrente em dispositivos como transistores usados ​​em memórias de computador e outros componentes eletrônicos.

p No jornal no Jornal de magnetismo e materiais magnéticos , Lou e Kumar relataram a detecção do efeito spin-Hall e antiferromagnetismo no n-silício. Seus experimentos usaram uma película fina de multicamadas compreendendo paládio, Permalloy de níquel-ferro, óxido de manganês e n-silício.

p E no segundo artigo, na revista científica estado físico sólido , eles relataram a detecção de antiferromagnetismo impulsionado pelo spin do silício-p e uma transição do silício entre as propriedades do metal e do isolador. Esses experimentos usaram uma película fina semelhante àquelas com o n-silício.

p Os pesquisadores escreveram neste último artigo que "O comportamento antiferromagnético emergente observado pode estabelecer a base da spintrônica de Si (silício) e pode mudar todos os campos envolvendo filmes finos de Si. Esses experimentos também apresentam controle elétrico potencial do comportamento magnético usando física eletrônica de semicondutor simples. A grande mudança observada na resistência e dependência de dopagem da transformação de fase incentiva o desenvolvimento de dispositivos spintrônicos antiferromagnéticos e de mudança de fase. "

p Em estudos posteriores, Kumar e seus colegas estão desenvolvendo tecnologia para ligar e desligar as correntes de spin nos materiais, com o objetivo final de criar um transistor de spin. Eles também estão trabalhando para gerar maiores, chips spintrônicos de alta voltagem. O resultado de seu trabalho pode ser extremamente baixo consumo de energia, transmissores e sensores compactos, bem como armazenamento de dados e memórias de computador com baixo consumo de energia, disse Kumar.