Uma equipe de pesquisadores internacionais liderada por engenheiros da Universidade Nacional de Cingapura (NUS) inventou um novo dispositivo magnético para manipular informações digitais 20 vezes mais eficientemente e com 10 vezes mais estabilidade do que as memórias digitais spintrônicas comerciais. O novo dispositivo de memória spintrônica emprega ferriímãs e foi desenvolvido em colaboração com pesquisadores do Toyota Technological Institute, Nagoya, e a Universidade da Coreia, Seul.

Essa descoberta tem o potencial de acelerar o crescimento comercial da memória baseada em spin. "Nossa descoberta pode fornecer uma nova plataforma de dispositivo para a indústria spintrônica, que atualmente luta com problemas de instabilidade e escalabilidade devido aos finos elementos magnéticos que são usados, "disse o professor associado Yang Hyunsoo do Departamento de Engenharia Elétrica e de Computação da NUS, que liderou o projeto.

A invenção desta nova memória spintrônica foi relatada pela primeira vez na revista. Materiais da Natureza em 3 de dezembro de 2018.

Crescente demanda por novas tecnologias de memória

Hoje, informações digitais estão sendo geradas em quantidades sem precedentes em todo o mundo, e, como tal, há uma demanda crescente por baixo custo, baixo consumo de energia, altamente estável, e memória altamente escalável e produtos de computação. Uma maneira de conseguir isso é com novos materiais spintrônicos, onde os dados digitais são armazenados em estados magnéticos para cima ou para baixo de pequenos ímãs. Contudo, enquanto os produtos existentes de memória spintrônica baseados em ferromagnetos conseguem atender a algumas dessas demandas, eles ainda são muito caros devido a problemas de escalabilidade e estabilidade.

"As memórias baseadas em ferromagnetos não podem crescer além de alguns nanômetros de espessura, pois sua eficiência de escrita decai exponencialmente com o aumento da espessura. Esta faixa de espessura é insuficiente para garantir a estabilidade dos dados digitais armazenados contra variações normais de temperatura, "explicou o Dr. Yu Jiawei, que estava envolvida neste projeto enquanto fazia seus estudos de doutorado na NUS.

Uma solução ferrimagnética

Para enfrentar esses desafios, a equipe fabricou um dispositivo de memória magnética usando uma classe interessante de material magnético - ferriímãs. Crucialmente, foi descoberto que materiais ferrimagnéticos podem ser crescidos 10 vezes mais espessos sem comprometer a eficiência geral de gravação de dados.

"O spin dos elétrons que transportam a corrente, que basicamente representa os dados que você deseja gravar, experimenta resistência mínima em ferriímãs. Imagine a diferença em eficiência quando você dirige seu carro em uma rodovia de oito pistas em comparação com uma pista estreita da cidade. Enquanto um ferromagneto é como uma rua da cidade para o giro de um elétron, um ferriímã é uma autoestrada acolhedora onde seu giro ou a informação subjacente pode sobreviver por uma distância muito longa, "explicou o Sr. Rahul Mishra, que fez parte da equipe de pesquisa e atual doutorando do grupo.

Usando uma corrente eletrônica, os pesquisadores do NUS foram capazes de escrever informações em um elemento de memória ferriímã que era 10 vezes mais estável e 20 vezes mais eficiente do que um ferromagneto.

Para esta descoberta, A equipe do professor associado Yang tirou proveito do arranjo atômico único em um ferriímã. "Em ferriímãs, os ímãs atômicos vizinhos são opostos uns aos outros. A perturbação causada por um átomo em um spin de entrada é compensada pelo próximo, e, como resultado, as informações viajam mais rápido e mais longe com menos energia. Esperamos que a indústria de computação e armazenamento possa tirar proveito de nossa invenção para melhorar o desempenho e os recursos de retenção de dados de memórias spin emergentes, "disse o Professor Associado Yang.

Próximos passos

A equipe de pesquisa da NUS agora está planejando examinar a velocidade de gravação e leitura de dados de seu dispositivo. Eles esperam que as propriedades atômicas distintas de seu dispositivo também resultem em seu desempenho ultrarrápido. Além disso, eles também planejam colaborar com parceiros da indústria para acelerar a tradução comercial de sua descoberta.