Pela primeira vez, pesquisadores demonstraram uma nova maneira de executar funções essenciais para a computação futura três ordens de magnitude mais rápido do que os dispositivos comerciais atuais. A equipe liderada pelo professor associado Shinobu Ohya criou um dispositivo semicondutor spintrônico em nanoescala que pode alternar parcialmente entre estados magnéticos específicos trilhões de vezes por segundo (terahertz — THz), muito além das frequências dos dispositivos atuais.

Há uma grande chance de você ter comprado um computador ou smartphone em algum momento desta década. Quando você olhou para a descrição, você deve ter notado que a velocidade de tais dispositivos geralmente é medida em gigahertz (GHz). Atualmente, a maioria dos dispositivos tem alguns gigahertz. Mas o progresso acelera, e os pesquisadores buscam novas maneiras de aumentar a frequência e o desempenho dos dispositivos. Para este fim, Pesquisadores da UTokyo da Escola de Graduação em Engenharia e da Escola de Graduação em Ciências de Fronteira estão explorando o campo emergente da spintrônica.

"Espero que nossa pesquisa conduza a dispositivos de memória e lógica baseados em spintrônica, "disse Ohya." Dentro de décadas, as pessoas deveriam ver smartphones spintrônicos e data centers. Teríamos ganhos de desempenho incríveis em áreas como inteligência artificial e muito mais. "

Spintrônica, também conhecido como "spin eletrônico, "explora uma propriedade intrínseca dos elétrons chamada spin, responsável pelo comportamento magnético, para executar funções. Por exemplo, a computação depende de estados comutáveis ​​de um material físico como forma de transferir informações. Notoriamente, os uns e zeros que compõem o código binário são representados por níveis de tensão em fios de comunicação ou os estados magnéticos de um metal magnético em um disco rígido. Quanto mais rápida for a alternância entre os estados, maior será o desempenho do dispositivo. Em dispositivos spintrônicos, estados de magnetização de spin discreto representam dígitos binários.

Uma maneira dos pesquisadores criarem essa propriedade é irradiar um material magnético especial com pulsos de radiação terahertz curtos, mas de alta frequência, semelhante ao dos scanners corporais de aeroportos. A radiação vira spins de elétrons neste material - arsenieto de manganês ferromagnético (MnAs) - e, portanto, sua magnetização, em menos de um picossegundo, três ordens de magnitude mais rápido do que transistores trocam em microchips. Outros pesquisadores já tentaram isso antes, mas a mudança magnética em resposta aos pulsos foi de apenas 1 por cento, muito pequeno para ter uso prático.

Agora, Contudo, Ohya e sua equipe demonstraram com sucesso uma mudança de magnitude maior na magnetização de nanopartículas de MnAs submetidas a pulsos de terahertz. Essa resposta maior de 20 por cento significa que ele poderia ser mais útil em pesquisas e dicas de possíveis aplicações futuras. O truque deles era tirar vantagem do componente elétrico da radiação eletromagnética terahertz em vez do componente magnético.

"Até agora, pesquisadores nesta área usavam filmes de metal ferromagnético para estudar a modulação terahertz da magnetização, mas isso impediu a energia da radiação, "disse Ohya." Em vez disso, incorporamos nossas nanopartículas ferromagnéticas em um filme semicondutor de 100 nanômetros de espessura. Isso impede a radiação muito menos, de modo que o campo elétrico terahertz atinge e inverte os spins uniformemente, e, portanto, magnetização, das nanopartículas. "