Efeito de dobra de elétrons pode aumentar a memória do computador

Efeito Hall anômalo controlado por simetria antiferromagnética (AHE) e cálculos DFT para RuO dopado com Cr₂ . um Estrutura cristalina da fase rutílica dopada com Cr RuO₂ . Os íons O estão localizados entre dois sítios Ru (Cr) assimetricamente. Vetor Hall (σ _Salão ) é permitido e paralelo ao vetor Néel (L ) ao longo de [110] em tal configuração, que desaparece conforme o vetor Néel está ao longo de [001], indicando uma manipulação de L é necessário para gerar AHE. b Ilustração esquemática da transferência de carga em RuO dopado com Cr₂ . c Densidade de estados projetada calculada (PDOS) do RuO₂ e Ru_0,5 Cr_0,5 O₂ na fase paramagnética. d PDOS calculado do Ru_0,5 Cr_0,5 O₂ no estado fundamental magnético. Crédito:Nature Communications (2023). DOI:10.1038/s41467-023-43962-0

Um novo material magnético desenvolvido pelos físicos da RIKEN poderia aumentar o armazenamento da memória do computador, permitindo maior densidade de memória e velocidades de gravação de memória mais rápidas. A pesquisa deles foi publicada na revista Nature Communications .

Dispositivos de memória, como discos rígidos, armazenam dados criando diferentes padrões de magnetização em um material magnético. Eles usam materiais magnéticos conhecidos como ferromagnetos – materiais como ferro e cobalto nos quais os campos magnéticos de átomos individuais se alinham uns com os outros quando um campo magnético é aplicado.

No entanto, os ferromagnetos não são ideais para armazenamento de dados. "O problema com os ferromagnetos é que as áreas vizinhas podem interferir, causando magnetização espontânea que corrompe os dados. Portanto, não é possível ter uma alta densidade de memória", explica Meng Wang, do Centro RIKEN para Ciência da Matéria Emergente. "Além disso, a mudança dos padrões de magnetização é lenta."

Materiais antiferromagnéticos, nos quais os campos magnéticos de átomos adjacentes tendem a alinhar-se em direções opostas, são promissores para enfrentar estes desafios. Mas como a magnetização não pode ser observada em antiferromagnetos, os físicos precisariam de uma técnica diferente para codificar e ler os dados.

Nos últimos 20 anos, os físicos têm sugerido que certos materiais antiferromagnéticos poderiam suportar um tipo diferente de comportamento, chamado de “efeito Hall anômalo”. Poderia ser usado para manipular elétrons em materiais antiferromagnéticos para armazenar e ler dados.

O efeito Hall convencional foi observado pela primeira vez em materiais não magnéticos há mais de um século pelo físico americano Edwin Hall. Quando um campo elétrico é aplicado a um material condutor, os elétrons se movem em linha reta ao longo do material, paralelo ao campo elétrico. Mas Hall descobriu que quando um campo magnético externo também é aplicado, o caminho dos elétrons se curva.

Mais tarde, Hall descobriu que esta flexão também pode ocorrer em alguns materiais magnéticos, mesmo quando nenhum campo magnético externo é aplicado – um fenômeno que foi apelidado de efeito Hall anômalo.

Agora, Wang e colegas demonstraram o efeito Hall anômalo em um metal antiferromagnético contendo rutênio e oxigênio, sem campo magnético. A equipe teve que adicionar uma pequena quantidade de cromo ao cristal, o que alterou levemente sua estrutura simétrica, possibilitando o efeito.

O efeito Hall anômalo já havia sido observado em tipos mais complexos de antiferromagnetos. Mas esta é a primeira vez que o efeito é observado em um metal antiferromagnético que possui uma estrutura colinear simples, o que o torna atraente para aplicações práticas.

“Este material é muito fácil de fabricar em filme fino”, diz Wang. “Esperamos que nosso trabalho inspire outras pessoas a procurar outros materiais que sejam baratos e fáceis de fabricar.”

Mais informações: Meng Wang et al, Efeito Hall anômalo de campo zero emergente em um metal antiferromagnético rutilo reconstruído, Nature Communications (2023). DOI:10.1038/s41467-023-43962-0
Informações do diário: Comunicações da Natureza

Fornecido por RIKEN

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