Dispositivos eletrônicos como transistores estão ficando menores e em breve atingirão os limites de desempenho convencional com base em correntes elétricas.

Dispositivos baseados em correntes magnônicas - quase-partículas associadas a ondas de magnetização, ou ondas giratórias, em certos materiais magnéticos - iria transformar a indústria, embora os cientistas precisem entender melhor como controlá-los.

Engenheiros da Universidade da Califórnia, Riverside, deram um passo importante para o desenvolvimento de dispositivos magnônicos práticos ao estudar, pela primeira vez, o nível de ruído associado à propagação da corrente magnon.

Barulho, ou flutuações no fluxo de uma corrente, é uma métrica importante para avaliar se um dispositivo eletrônico é adequado para aplicações práticas. Como o ruído interfere no desempenho do dispositivo, uma melhor compreensão de como os magnons são barulhentos ajudará os engenheiros a desenvolver dispositivos melhores.

Todos os eletrônicos existentes são baseados em condutores de eletricidade, como metais ou semicondutores. À medida que os elétrons se movem através desses materiais, eles experimentam dispersão, o que resulta em resistência elétrica, aquecimento, e dissipação de energia. Quando a corrente passa por um fio ou semicondutor, o inevitável aquecimento causa perda de energia. Dispositivos menores e chips com uma densidade maior de transistores aceleram a perda de energia devido ao aquecimento. Dispositivos que usam correntes eletrônicas convencionais estão quase no ponto em que não podem ser reduzidos.

Uma nova classe de materiais possui propriedades magnéticas que se originam do spin, um tipo de momentum inato. "Pedaços individuais, "ou unidades de ondas de spin, são chamados de magnons. Os magnons não são partículas verdadeiras como os elétrons, mas eles se comportam como partículas e podem ser tratados como tais.

Uma ondulação de energia chamada onda de spin pode se mover através de um material eletricamente isolante para transmitir energia sem mover nenhum elétron - como pessoas fazendo a onda em um estádio. Isso significa que os magnons podem se propagar sem gerar muito calor e perder muita energia.

Um novo campo da eletrônica chamado magnônica tenta criar dispositivos para processamento e armazenamento de informações, bem como aplicações sensoriais, usando correntes de magnons em vez de elétrons. Embora o ruído do elétron seja conhecido há muito tempo, ninguém investigou o ruído do magnon - até agora.

Uma equipe liderada por Alexander Balandin, um distinto professor de engenharia elétrica e de computação no Marlan e Rosemary Bourns College of Engineering da UC Riverside, criou um chip que gerou uma corrente magnônica, ou onda de rotação, entre as antenas de transmissão e recepção.

Experimentos revelaram que os magnons não são tão barulhentos em níveis de baixa potência. Mas em níveis de alta potência, o barulho tornou-se incomum, dominado por amplas flutuações, os pesquisadores chamam de ruído de sinal telegráfico aleatório, que interfere no desempenho de um dispositivo. O ruído era visivelmente diferente daquele feito pelos elétrons e identifica as limitações sobre como construir dispositivos magnônicos.

"Dispositivos magnônicos devem operar preferencialmente com níveis de baixa potência, - Balandin disse. - Pode-se dizer que o ruído dos magnons é discreto em baixa potência, mas torna-se alto e discreto em um certo limite de potência. Isso constitui o charme discreto dos dispositivos magnônicos. Nossos resultados também nos mostram possíveis estratégias para manter o nível de ruído baixo. "

A descoberta de características incomuns de ruído inibiria o desenvolvimento de dispositivos magnônicos?

"Não, o objetivo do processamento de informações é reduzir o consumo de energia, "Balandin disse.

Por enquanto, O grupo de pesquisa de Balandin está conduzindo experimentos com componentes genéricos para entender os fundamentos. Seus primeiros dispositivos experimentais são relativamente grandes. Eles planejam investigar os mecanismos físicos do ruído magnon e testar uma versão substancialmente reduzida de tais dispositivos.

O papel, "O ruído discreto dos magnons, "é uma história em destaque em Cartas de Física Aplicada , e também aparecerá na capa de uma próxima edição. Além de Balandin, os autores são Sergey Rumyantsev, Mykhaylo Balinskyy, Fariborz Kargar, e Alexander Khitun.