À medida que tecnologias de inteligência artificial, como Chat-GPT, são utilizadas em vários setores, o papel dos dispositivos semicondutores de alto desempenho para processar grandes quantidades de informações está se tornando cada vez mais importante. Entre eles, a memória spin está atraindo a atenção como uma tecnologia eletrônica de próxima geração porque é adequada para processar grandes quantidades de informações com menor potência do que os semicondutores de silício atualmente produzidos em massa.



Espera-se que a utilização de materiais quânticos recentemente descobertos na memória de spin melhore drasticamente o desempenho, melhorando a relação do sinal e reduzindo a potência, mas para conseguir isso, é necessário desenvolver tecnologias para controlar as propriedades dos materiais quânticos através de métodos elétricos como corrente e tensão.

Jun Woo Choi do Centro de Pesquisa Spintroncs do Instituto Coreano de Ciência e Tecnologia (KIST) e o professor Se-Young Park do Departamento de Física da Universidade Soongsil anunciaram os resultados de um estudo colaborativo mostrando que ultra-baixo- a memória de poder pode ser fabricada a partir de materiais quânticos. As descobertas foram publicadas na revista Nature Communications .

Ao aplicar uma voltagem a um dispositivo spintrônico de material quântico que consiste em uma heteroestrutura de material bidimensional, é possível ler e escrever informações em potência ultrabaixa, controlando efetivamente as informações de spin dos elétrons.

Os materiais bidimensionais, que são materiais quânticos representativos, podem ser facilmente separados em camadas planares de átomos únicos, ao contrário dos materiais comuns que possuem uma estrutura tridimensional e, portanto, exibem propriedades mecânicas quânticas especiais.

Neste estudo, os pesquisadores desenvolveram pela primeira vez um dispositivo de heteroestrutura bidimensional que combina materiais quânticos com duas propriedades diferentes. Ao aplicar uma tensão tão baixa quanto 5 V a um dispositivo que consiste em um material ferromagnético bidimensional (Fe_3-x GeTe₂ ) e um material ferroelétrico bidimensional (In₂ Se₃ ) empilhados uns sobre os outros, o campo magnético necessário para alterar a direção de rotação do ferromagneto, ou seja, a coercividade, pode ser reduzido em mais de 70%.

Os pesquisadores também descobriram que as mudanças estruturais no ferroelétrico bidimensional que ocorrem quando uma tensão é aplicada levam a mudanças nas propriedades de spin dos ferromagnetos bidimensionais vizinhos.

A rede do ferroelétrico bidimensional se expande com a tensão, alterando a anisotropia magnética do ferromagneto adjacente e reduzindo bastante a coercividade necessária para reorientar o spin. Isso significa que, ao aplicar uma voltagem muito pequena a um dispositivo heteroestruturado de material quântico, é possível controlar a informação de spin dos elétrons mesmo com um campo magnético reduzido em aproximadamente 70%, o que é uma tecnologia chave para o desenvolvimento de energia ultrabaixa. memória de spin baseada em materiais quânticos.

“Ao garantir a tecnologia de elemento central de memória de próxima geração e baixo consumo de energia usando materiais quânticos, seremos capazes de manter nossa vantagem tecnológica e competitividade na indústria de semicondutores recentemente vacilante”, disse o Dr. Jun Woo Choi do KIST.

Mais informações: Jaeun Eom et al, Controle de tensão do magnetismo em Fe_3-x GeTe₂ /Em₂ Se₃ heteroestruturas ferromagnéticas/ferroelétricas de van der Waals, Nature Communications (2023). DOI:10.1038/s41467-023-41382-8
Informações do diário: Comunicações da Natureza

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