p Nos últimos anos, o processamento eletrônico de dados está evoluindo apenas em uma direção:a indústria reduziu seus componentes para a faixa nanométrica. Mas esse processo agora está atingindo seus limites físicos. Pesquisadores do Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) estão, portanto, explorando ondas de spin, ou os chamados magnons - uma alternativa promissora para transportar informações em microchips mais compactos. Cooperando com parceiros internacionais, eles geraram e controlaram com sucesso ondas de spin de comprimento de onda extremamente curto. Os físicos conseguiram esse feito aproveitando um fenômeno magnético natural, como eles explicam no jornal Nature Nanotechnology . p Por muito tempo, existe uma regra prática confiável no mundo da tecnologia da informação:o número de transistores em um microprocessador dobra aproximadamente a cada dois anos. O aumento de desempenho resultante nos trouxe as oportunidades digitais que agora consideramos garantidas, da internet de alta velocidade ao smartphone. Mas, à medida que os condutores no chip ficam cada vez mais minuciosos, estamos começando a enfrentar problemas, como o Dr. Sebastian Wintz do Instituto de Pesquisa de Materiais e Física de Feixes de Íons do HZDR explica:"Os elétrons que fluem através de nossos microprocessadores modernos aquecem o chip devido à resistência elétrica. Além de um certo ponto, os chips simplesmente falham porque o calor não consegue mais escapar. ”Isso também evita um aumento adicional na velocidade dos componentes.

p É por isso que o físico, que também está trabalhando atualmente no Instituto Paul Scherrer (PSI) na Suíça, vislumbra um futuro diferente para os portadores de informação. Em vez de correntes elétricas, Wintz e seus colegas estão capitalizando em uma propriedade específica dos elétrons chamada spin. As minúsculas partículas se comportam como se estivessem girando constantemente em torno de seu próprio eixo, criando assim um momento magnético. Em certos materiais magnéticos, como ferro ou níquel, os spins são normalmente paralelos entre si. Se a orientação desses giros for alterada em um lugar, que a interrupção viaja para as partículas vizinhas, desencadeando uma onda de spin que pode ser usada para codificar e distribuir informações. "Neste cenário, os elétrons permanecem onde estão, "diz Wintz, descrevendo sua vantagem. "Eles dificilmente geram calor, o que significa que os componentes baseados em spin podem exigir muito menos energia. "

p Como podemos controlar a onda?

p Até aqui, Contudo, houve dois desafios fundamentais que complicaram o uso de ondas de spin:Os comprimentos de onda que podem ser gerados não são curtos o suficiente para as estruturas do tamanho de nanômetros nos chips, e não há como controlar as ondas. Sebastian Wintz e seus colegas agora conseguiram encontrar soluções para ambos os problemas. "Ao contrário das antenas feitas artificialmente que são comumente empregadas para excitar as ondas, agora usamos um que é formado naturalmente dentro do material, "o primeiro autor, Dr. Volker Sluka, explica." Para este fim, nós fabricamos microelementos compreendendo dois discos ferromagnéticos que são acoplados antiferromagneticamente por meio de um espaçador de rutênio. Além disso, escolhemos o material dos discos para que os spins prefiram se alinhar ao longo de um determinado eixo no espaço, o que resulta no padrão magnético desejado. "

p Dentro das duas camadas, isso cria áreas de magnetização diferente separadas pelo que é chamado de parede de domínio. Os cientistas então expuseram as camadas a campos magnéticos alternados com uma frequência de um gigahertz ou mais. Usando um microscópio de raios-X do Instituto Max Planck para Sistemas Inteligentes de Stuttgart, que é operado no Helmholtz-Zentrum Berlin, eles foram capazes de observar que as ondas de spin com frentes de onda paralelas viajam ao longo da direção perpendicular à parede do domínio. "Em experimentos anteriores, as ondulações da onda pareciam aquelas que você obtém quando uma pedra atinge a superfície da água, "Relatórios Sluka." Isso não é ideal, porque a oscilação decai rapidamente à medida que a onda se espalha em todas as direções. Para ficar na mesma analogia, as ondas agora parecem como se tivessem sido produzidas por uma longa haste movendo-se para frente e para trás na água. "

p Como as imagens de raios-X mostraram, essas ondas de spin podem viajar vários micrômetros em comprimentos de onda de apenas cerca de 100 nanômetros, sem qualquer perda significativa de sinal - um pré-requisito necessário para usá-los na moderna tecnologia da informação. Além disso, os físicos descobriram uma possível maneira de controlar esse novo portador de informações ao definir a frequência de estimulação abaixo de meio gigahertz. As ondas de spin, portanto, permaneceram presas na parede do domínio:"Neste cenário, as ondas conseguiam até fazer uma curva, "diz Volker Sluka, acrescentando:"Mesmo assim, ainda fomos capazes de detectar os sinais." Com seus resultados, os pesquisadores lançaram bases importantes para o desenvolvimento de circuitos baseados em ondas de spin.

p A longo prazo, isso pode facilitar um design completamente novo de microprocessadores, Sebastian Wintz prevê:"Usando campos magnéticos, podemos mover paredes de domínio com relativa facilidade. Isso significa que os chips que funcionam com ondas de spin não precisam necessariamente de uma arquitetura predefinida, mas eles podem ser alterados e adaptados posteriormente para cumprir novas tarefas. "