Menor, mais rápido, mais eficiência energética - este é o objetivo que os desenvolvedores de dispositivos eletrônicos têm trabalhado por anos. A fim de ser capaz de miniaturizar componentes individuais de telefones celulares ou computadores, por exemplo, as ondas magnéticas são atualmente consideradas alternativas promissoras ao funcionamento convencional da transmissão de dados por meio de correntes elétricas. O motivo:conforme os chips ficam cada vez menores, a transmissão de dados elétricos em algum ponto atinge seus limites, porque os elétrons que estão muito próximos uns dos outros emitem muito calor - o que pode levar à interrupção dos processos físicos.

Ondas magnéticas de alta frequência, por contraste, pode se propagar até nas menores nanoestruturas e, assim, transmitir e processar informações. A base física para isso é o chamado spin dos elétrons no material magnético, que pode ser simplificado como uma rotação do elétron em torno de seu próprio eixo. Contudo, ondas de spin em microeletrônica até agora têm sido de uso limitado, devido ao chamado amortecimento, que atua sobre as ondas de spin e as enfraquece.

Os físicos da Universidade de Münster (Alemanha) desenvolveram agora uma nova abordagem que elimina o amortecimento indesejado e torna mais fácil usar ondas de spin. "Nossos resultados mostram uma nova forma de aplicação de componentes giratórios eficientes, "diz o Dr. Vladislav Demidov, o chefe do estudo (Instituto de Física Aplicada, Demokritov do Grupo de Pesquisa). A nova abordagem pode ser relevante para futuros desenvolvimentos em microeletrônica, mas também para pesquisas futuras em tecnologias quânticas e novos processos de computador. O estudo foi publicado na revista Nature Communications .

Antecedentes e método:

Magnonics é o nome do campo de pesquisa em que os cientistas estudam os spins dos elétrons e suas ondas em materiais magnéticos. O termo é derivado das partículas de magnetismo, que são chamados de magnons, correspondendo a ondas de spin.

A melhor maneira de compensar eletronicamente o amortecimento perturbador das ondas de spin é o chamado efeito Hall de spin, que foi descoberto há alguns anos. Os elétrons em uma corrente de spin são desviados para os lados, dependendo da orientação de seu spin, o que torna possível gerar e controlar com eficiência ondas de spin em nanodispositivos magnéticos. Contudo, os chamados efeitos não lineares nas oscilações fazem com que o efeito de spin Hall não funcione adequadamente em aplicações práticas - uma razão pela qual os cientistas ainda não foram capazes de realizar ondas de spin sem amortecimento.

Em seu experimento, os cientistas colocaram discos magnéticos feitos de permalloy ou cobalto e níquel, apenas alguns nanômetros de espessura, em uma fina camada de platina. As chamadas anisotropias magnéticas agiram nas interfaces dos diferentes materiais, o que significa que a magnetização ocorreu em uma determinada direção. Ao equilibrar as anisotropias das diferentes camadas, os pesquisadores foram capazes de suprimir com eficiência o amortecimento não linear desfavorável e, assim, alcançar ondas de spin coerentes - ou seja. ondas cuja frequência e forma de onda são iguais e que, portanto, têm uma diferença de fase fixa. Isso permitiu que os cientistas obtivessem compensação de amortecimento completa no sistema magnético, permitindo que as ondas se propaguem espacialmente.

Os cientistas esperam que sua nova abordagem tenha um impacto significativo nos desenvolvimentos futuros em magnônica e spintrônica. "Nossas descobertas abrem um caminho para a implementação de osciladores de spin Hall capazes de gerar sinais de micro-ondas com níveis de potência e coerência tecnologicamente relevantes, "enfatiza Boris Divinskiy, um Ph.D. estudante do Institute for Nonlinear Magnetic Dynamics na Münster University e primeiro autor do estudo.