p Com o rápido avanço da miniaturização, processamento de dados usando correntes elétricas enfrenta desafios difíceis, alguns dos quais são intransponíveis. As ondas magnéticas de spin são uma alternativa promissora para a transferência de informações em chips ainda mais compactos. Cientistas do Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR), como parte de um empreendimento de pesquisa internacional, agora conseguiram gerar ondas de spin com comprimentos de onda extremamente curtos na faixa nanométrica - uma característica chave para sua futura aplicação. p Menor, mais rápido, mais eficiente em termos de energia - este é o mantra para o desenvolvimento de computadores e telefones celulares, que atualmente está progredindo em um ritmo alucinante. Contudo, O Dr. Sebastian Wintz do Instituto HZDR de Física de Feixes de Íons e Pesquisa de Materiais sabe muito bem, como já é difícil alcançar qualquer outro grau de miniaturização. "Um grande problema com as tecnologias atuais, " ele disse, "é o calor gerado quando os dados são transmitidos com o auxílio de correntes elétricas. Precisamos de um novo conceito." O físico está trabalhando com colegas internacionais nas chamadas ondas de spin (magnons), que substituirão cargas móveis no futuro como portadores de informações. Os cientistas conseguiram, pela primeira vez, gerar ondas de spin de comprimentos de onda tão curtos que têm potencial para futuras aplicações em processamento de dados.

p Ondas giratórias substituem a corrente elétrica

p O spin denota uma propriedade que dá às partículas um momento magnético. Eles então agem como pequenos ímãs que correm paralelos uns aos outros em materiais ferromagnéticos. Se um dos giros muda de direção, isso tem um efeito indireto sobre seus vizinhos. Uma reação em cadeia dá origem a uma onda de spin.

p O processamento da informação é atualmente baseado em correntes elétricas. As partículas carregadas passam por uma rede de fios que são pressionados cada vez mais juntos, movido pelo desejo de chips cada vez mais compactos. No caminho deles, os elétrons colidem com átomos, fazendo-os balançar para frente e para trás na estrutura do cristal, gerando calor. Se os fios estiverem muito próximos, esse calor não pode mais ser dissipado e o sistema quebra. "A grande vantagem das ondas de spin é que os próprios elétrons não se movem, "explicou Wintz, "portanto, muito pouco calor é produzido pelo fluxo de dados."

p Vórtice magnético como uma nano-antena

p A abordagem tradicional adotada para gerar ondas de spin é usar pequenas antenas de metal que geram magnons quando acionadas por uma corrente alternada de alta frequência. O menor comprimento de onda que pode ser gerado desta forma será do tamanho da antena que é usada. É precisamente aí que reside o maior problema, em que pequenos comprimentos de onda na escala nanométrica são necessários para satisfazer a demanda por uma miniaturização cada vez maior. Atualmente não é possível, Contudo, para fazer essas pequenas antenas de alta frequência.

p A equipe de pesquisa da Alemanha, A Suíça e os EUA conseguiram gerar ondas de spin de comprimento de onda extremamente curto de uma maneira totalmente nova. Como uma antena formada naturalmente, eles usam o centro de um vórtice magnético que é produzido em uma pequena, disco ferromagnético ultrafino. Devido ao tamanho limitado do disco, os spins não se alinham em paralelo como normal, mas ficam ao longo de círculos concêntricos no plano do disco. Esse, por sua vez, força os spins de uma pequena área no centro do disco, que mede apenas alguns nanômetros de diâmetro, para endireitar e, portanto, para apontar para longe da superfície do disco. Se esta região central estiver sujeita a um campo magnético alternado, uma onda de spin é produzida.

p São necessários mais alguns truques, Contudo, para encurtar o comprimento de onda conforme necessário. Consequentemente, um segundo disco minúsculo é colocado no primeiro, separados por um fino, camada não magnética. Quando esta camada de separação é fabricada com uma espessura específica, então, os dois discos interagem de forma a provocar um acoplamento antiferromagnético entre os discos - os spins tentam apontar em direções opostas - o que reduz muitas vezes o comprimento de onda das ondas de spin emitidas. “Só assim chegamos a um resultado relevante para a informática, "acrescentou Wintz.

p Propriedades atraentes para aplicações

p Os cientistas não só demonstraram os comprimentos de onda curtos das ondas de spin geradas desta forma, mas também foram capazes de revelar outras propriedades das ondas que poderiam ser muito úteis para aplicações futuras. Com a ajuda de filmes de alta velocidade feitos com um microscópio de raios-X pertencente ao Instituto Max Planck de Sistemas Inteligentes em Stuttgart (que está instalado no Helmholtz-Zentrum Berlin) eles mostraram que o comprimento de onda pode ser ajustado precisamente pela seleção de a frequência de excitação. Medições semelhantes também foram realizadas no Instituto Paul Scherrer, na Suíça. The results are consistent with a theoretical model which was developed specifically for this study at Oakland University in the USA. O que é mais, a remarkable phenomenon was predicted, which so far has not been seen directly in the experiments:The speed at which the spin waves travel was calculated to be heavily dependent on their propagation direction (forwards or backwards) - another point which could enable a large number of applications in signal processing.