Uma equipe internacional de pesquisadores descreveu um novo efeito físico que poderia ser usado para desenvolver chips magnéticos mais eficientes para processamento de informações. O efeito da mecânica quântica torna mais fácil produzir correntes polarizadas por spin, necessárias para a troca de informações armazenadas magneticamente. Os resultados da pesquisa foram publicados online em 28 de julho no jornal de alto impacto Nature Nanotechnology .

A memória de acesso aleatório é a memória de curto prazo em computadores. Ele armazena os programas e arquivos atualmente em uso em formato eletrônico, em vários capacitores minúsculos. À medida que os capacitores se descarregam ao longo do tempo, eles devem ser recarregados regularmente para garantir que nenhum dado seja perdido. Isso custa tempo e energia, e uma falha de energia não planejada pode resultar na perda de dados para sempre.

Memórias de acesso aleatório magnético (MRAMs), por outro lado, armazene informações em pequenas áreas magnéticas. Este é um processo rápido que funciona sem uma fonte de alimentação contínua. Apesar disso, MRAMs ainda precisam ser implementados em grande escala, como sua densidade de integração ainda é muito baixa, e eles usam muita energia, são difíceis de produzir, e custa muito caro.

Uma razão para isso é que as correntes polarizadas por spin, ou correntes de spin para abreviar, são necessários para alternar as áreas magnéticas dos MRAMs. Spin é o momento angular intrínseco dos elétrons que dá aos materiais suas propriedades magnéticas, e pode apontar em duas direções. As correntes de spin são correntes elétricas que possuem apenas um desses dois tipos de spin. Semelhante à maneira como o campo magnético da Terra afeta a agulha de uma bússola, uma corrente de um dos tipos de spin influencia uma camada magnética e pode fazer com que ela gire.

Para produzir correntes de spin até agora, o tipo de rotação desejado foi filtrado da corrente elétrica normal. Isso exigia estruturas de filtro especiais e altas densidades de corrente. Graças ao novo efeito identificado por pesquisadores de Jülich, Barcelona, Grenoble, e Zurique, as informações magnéticas agora podiam ser trocadas com mais facilidade.

"Não precisamos mais de filtros de rotação. Em vez disso, nós produzimos a corrente de spin diretamente onde ela será usada. Tudo o que é necessário é uma pilha de camadas feita de cobalto e platina, "diz o Dr. Frank Freimuth do Instituto Peter Grünberg e do Instituto de Simulação Avançada em Forschungszentrum Jülich. Isso reduz a quantidade de espaço necessária, torna o sistema mais robusto, e pode simplificar a produção de chips magnéticos.

Uma corrente elétrica, conduzido através da pilha na interface, separa os spins na camada de platina e transporta apenas um tipo de spin para a camada magnética de cobalto. Isso cria um torque nesta camada que pode reverter a magnetização. "Torques de rotação já haviam sido observados em sistemas de camada dupla no passado, "diz o físico, que faz parte do Grupo de Jovens Investigadores em Nanoeletrônica Tópica liderado pelo Prof. Yuriy Mokrousov. "O fato de termos explicado de forma conclusiva pela primeira vez como eles são criados é um avanço científico, porque isso nos permitirá produzi-los seletivamente e investigá-los com mais detalhes. "

Os pesquisadores identificaram dois mecanismos que se combinam para produzir o novo efeito, que eles apelidaram de 'torque spin-órbita':acoplamento spin-órbita e interação de troca. O acoplamento spin-órbita é um fenômeno quântico relativístico bem conhecido e a razão pela qual todos os spins do elétron de um tipo se movem da camada de platina para a camada de cobalto. Dentro da camada de cobalto, a orientação magnética da camada então interage com os spins por meio da interação de troca.

Os pesquisadores testaram sua teoria com sucesso em experimentos. A próxima etapa é calcular o efeito em outros materiais com acoplamento de spin-torque mais forte para descobrir se o efeito é ainda mais aparente em outras combinações de materiais.