p Processadores ainda mais rápidos com dimensões ainda menores? Onde nem a eletrônica nem a spintrônica podem lidar com o desempenho ou a miniaturização, a magnônica vem ao resgate. Mas antes que isso aconteça, os cientistas devem aprender como simular com precisão o fluxo de ondas magnéticas através dos cristais magnônicos. No Instituto de Física Nuclear da Academia Polonesa de Ciências da Cracóvia, acaba de ser dado um passo importante nessa direção. p Pode-se questionar se o número de buracos no queijo está relacionado à sua qualidade ou não. Os físicos que lidam com materiais magnônicos não têm tais dilemas:quanto mais buracos houver no material, quanto mais interessantes se tornam suas propriedades magnéticas, mas também radicalmente mais difícil de descrever e modelar. Em um artigo publicado em Relatórios Científicos um grupo de físicos experimentais e teóricos do Instituto de Física Nuclear da Academia Polonesa de Ciências (IFJ PAN) em Cracóvia apresenta um novo, modelo verificado experimentalmente, que pela primeira vez, torna possível simular mudanças locais nas propriedades magnéticas de cristais magnônicos, com grande precisão. Sob este nome exótico estão escondidos, estruturas metálicas multicamadas contendo uma grade regular de menor ou maior, furos redondos mais ou menos contíguos. As análises baseadas em Cracóvia também sugerem que os fenômenos magnéticos que ocorrem nos cristais magnônicos são mais complexos do que o previsto anteriormente.

p "Estruturas metálicas multicamadas com uma grade regular de orifícios redondos só recentemente foram estudadas - e não sem problemas. A questão é que essa rede de orifícios muda drasticamente as propriedades magnéticas do sistema, especialmente a maneira como as ondas magnéticas são propagadas nele. Os fenômenos tornam-se tão complicados que até hoje ninguém foi capaz de descrevê-los ou simulá-los bem, "diz o Dr. Michal Krupinski (IFJ PAN).

p Eletrônica é o processamento de informações por meio de cargas elétricas de elétrons que fluem pelo sistema. Spintrônica, considerado o sucessor da eletrônica, também usa fluxos de elétrons, mas não presta atenção à carga elétrica, mas para girar (em outras palavras:para as propriedades magnéticas). Contra o pano de fundo de ambos os campos, magnônica se distingue fundamentalmente. Não há fluxos organizados de mídia em dispositivos magnônicos. O que flui pelo sistema são ondas magnéticas.

p As diferenças entre essas áreas são mais facilmente compreendidas por uma analogia com o mundo do esporte. Quando um estádio se enche ou se esvazia, fluxos de pessoas fluem dentro dele. Se a eletrônica funcionasse aqui, prestaria atenção ao número de pessoas que entravam e saíam do estádio. A Spintrônica também observaria o movimento das pessoas, mas estaria interessado nos movimentos de pessoas com cabelos claros ou escuros. Nesta analogia, a magnônica lidaria com o fluxo ... das ondas mexicanas. Ondas como essa podem circundar todo o estádio, apesar do fato de nenhum torcedor se afastar de seu assento.

p Os físicos da Cracóvia produziram seus cristais magnônicos usando o método inventado pelo Prof. Michael Giersig da Freie Universität Berlin e desenvolvido no IFJ PAN pelo Dr. Krupinski. A primeira etapa é aplicar nanopartículas de poliestireno em um substrato não magnético (por exemplo, silício). As esferas são auto-organizadas e podem fazer isso de diferentes maneiras, dependendo das condições. O substrato coberto por esferas organizadas é então submetido à ação do plasma em uma câmara de vácuo, o que permite que o diâmetro das esferas seja reduzido de forma controlada. Camadas finas de metais adequados são então aplicadas à amostra assim preparada, um após o outro. Depois que todas as camadas foram aplicadas, o material é lavado com solventes orgânicos para remoção das esferas. O resultado final é uma estrutura periódica semelhante a uma peneira mais ou menos densa, permanentemente ligado a um substrato de silício (potencialmente não precisa ser rígido, a equipe do IFJ PAN também pode formar estruturas semelhantes, por exemplo, em substratos poliméricos flexíveis).

p “Os sistemas que estudamos consistiam em 20 camadas alternadas de cobalto e paládio. São estruturas muito finas. Sua espessura é de apenas 12 nanômetros, que corresponde a cerca de 120 átomos, "diz o Dr. Krupinski.

p Dependendo do tamanho dos orifícios, áreas maiores ou menores com formas semelhantes a um triângulo são formadas entre seus pontos de contato. Os átomos dentro dessas áreas podem ser magnetizados da mesma maneira, formando as chamadas bolhas magnéticas. Essas bolhas podem ser usadas para armazenar informações, e mudanças em sua magnetização permitem a propagação de ondas magnéticas no sistema.

p O modelo teórico, construído no IFJ PAN sob a direção do Dr. Pawel Sobieszczyk, descreve fenômenos magnéticos que ocorrem em cristais com dimensões de dois por dois micrômetros. Na escala do micromundo, essas dimensões são enormes:o número de átomos é tão grande que não é mais possível simular o comportamento de átomos isolados. Contudo, devido à interação magnética mútua, os momentos magnéticos de átomos adjacentes são geralmente orientados quase na mesma direção. Esta observação permitiu que os átomos fossem agrupados em pequenos volumes (voxels), que podem ser tratados como objetos únicos. Este procedimento reduziu radicalmente a complexidade computacional do modelo e possibilitou a realização de simulações numéricas, que foram realizadas no Centro Acadêmico de Computação Cyfronet AGH Universidade de Ciência e Tecnologia em Cracóvia.

p "A chave do sucesso foi a ideia de incorporar imperfeições encontradas em cristais magnônicos reais no modelo, "diz o Dr. Sobieszczyk e enumera:" Em primeiro lugar, estruturas reais nunca são cristais perfeitos. Eles geralmente são aglomerados de muitos cristais chamados cristalitos. Dependendo do tamanho e da forma, os cristalitos podem ter diferentes propriedades magnéticas. Além disso, contaminantes químicos podem aparecer no sistema. Eles fazem com que certas áreas do material percam suas propriedades magnéticas. Finalmente, as camadas metálicas individuais podem ser mais grossas ou mais finas em alguns lugares. Nosso modelo funciona tão precisamente porque leva todos esses efeitos em consideração. "

p O modelo apresentado aqui prevê a existência de um interessante, fenômeno até então não observado. Quando duas bolhas adjacentes são magnetizadas inversamente, os momentos magnéticos dos átomos entre eles podem mudar sua orientação girando paralelamente ao plano da camada ou perpendicularmente. Uma espécie de parede é então criada entre as bolhas, no primeiro caso, chamado de parede de Bloch, no segundo - uma parede Néel. Até agora, presumia-se que apenas paredes de um tipo poderiam ser encontradas em um determinado cristal magnônico. O modelo desenvolvido por físicos do IFJ PAN sugere que os dois tipos de paredes magnéticas podem ocorrer no mesmo cristal.

p Magnonics está apenas começando. O caminho para processadores complexos - menores, mais rápido, e com uma estrutura lógica que poderia ser reprogramada de acordo com as necessidades - ainda está muito longe. Memórias magnônicas e sensores inovadores capazes de detectar pequenas quantidades de substâncias parecem mais realistas. Entender os mecanismos responsáveis ​​pelas propriedades magnéticas dos cristais magnônicos e as formas como as ondas magnéticas fluem nos aproxima desses tipos de dispositivos. Este é um passo importante, depois disso, os próximos certamente virão.