Seja com smartphones, laptops, ou mainframes:a transmissão, em processamento, e o armazenamento de informações é atualmente baseado em uma única classe de material - como era no início da ciência da computação há cerca de 60 anos. Uma nova classe de materiais magnéticos, Contudo, poderia elevar a tecnologia da informação a um novo nível. Isoladores antiferromagnéticos permitem velocidades de computação que são mil vezes mais rápidas do que os eletrônicos convencionais, com significativamente menos aquecimento. Os componentes podem ser embalados mais próximos e os módulos de lógica podem se tornar menores, que até agora tem sido limitado devido ao aumento do aquecimento dos componentes atuais.

Transferência de informações em temperatura ambiente

Até aqui, o problema é que a transferência de informações em isoladores antiferromagnéticos só funcionava em baixas temperaturas. Mas quem quer colocar seus smartphones no freezer para poder usá-lo? Os físicos da Johannes Gutenberg University Mainz (JGU) já conseguiram eliminar essa lacuna, junto com experimentalistas do laboratório CNRS / Thales, o CEA Grenoble, e o Laboratório Nacional de Alto Campo da França, bem como teóricos do Centro de Spintrônica Quântica (QuSpin) da Universidade Norueguesa de Ciência e Tecnologia. "Fomos capazes de transmitir e processar informações em um isolador antiferromagnético padrão em temperatura ambiente - e fazer isso por distâncias longas o suficiente para permitir que o processamento de informações ocorresse", disse o cientista Andrew Ross da JGU. Os pesquisadores usaram óxido de ferro (α-Fe ₂ O ₃ ), o principal componente da ferrugem, como isolante antiferromagnético, porque o óxido de ferro é muito difundido e fácil de fabricar.

A transferência de informações em isoladores magnéticos é possibilitada por excitações de ordem magnética conhecidas como magnons. Eles se movem como ondas através de materiais magnéticos, semelhante a como as ondas se movem na superfície da água de um lago depois que uma pedra é jogada nele. Anteriormente, acreditava-se que essas ondas deviam ter polarização circular para transmitir informações de maneira eficiente. Em óxido de ferro, essa polarização circular ocorre apenas em baixas temperaturas. Contudo, a equipe internacional de pesquisa foi capaz de transmitir magnons a distâncias excepcionalmente longas, mesmo em temperatura ambiente. Mas como isso funcionou?

"Percebemos que em antiferroímãs com um único plano, dois magnons com polarização linear podem se sobrepor e migrar juntos. Eles se complementam para formar uma polarização aproximadamente circular, "explicou o Dr. Romain Lebrun, pesquisador do laboratório conjunto CNRS / Thales em Paris, que anteriormente trabalhou em Mainz. "A possibilidade de usar óxido de ferro em temperatura ambiente o torna um playground ideal para o desenvolvimento de dispositivos spintrônicos ultrarrápidos baseados em isoladores antiferromagnéticos."

A atenuação extremamente baixa permite uma transmissão com eficiência energética

Uma questão importante no processo de transferência de informações é a rapidez com que as informações são perdidas ao se mover através de materiais magnéticos. Isso pode ser registrado quantitativamente com o valor do amortecimento magnético. "O óxido de ferro examinado tem uma das menores atenuações magnéticas já relatadas em materiais magnéticos, "explicou o professor Mathias Kläui do JGU Institute of Physics." Prevemos que as técnicas de alto campo magnético mostrarão que outros materiais antiferromagnéticos têm atenuação similarmente baixa, o que é crucial para o desenvolvimento de uma nova geração de dispositivos spintrônicos. Estamos buscando essas tecnologias magnéticas de baixa potência em uma colaboração de longo prazo com nossos colegas da QuSpin na Noruega e estou feliz em ver que outro trabalho empolgante resultou dessa colaboração. "

A pesquisa foi publicada recentemente em Nature Communications .