p Imagine morder um sanduíche de manteiga de amendoim e descobrir uma fatia de queijo entre o pão e a manteiga. De certa forma, foi o que aconteceu com uma equipe de físicos da Universidade do Arizona, exceto que o "queijo" era uma camada de óxido de ferro, menos de uma camada atômica de espessura, e o "sanduíche" era uma junção de túnel magnético - um minúsculo, estrutura em camadas de materiais exóticos que algum dia podem substituir os atuais transistores de computador baseados em silício e revolucionar a computação. O óxido de ferro - um material relacionado ao que é comumente conhecido como ferrugem - exibe propriedades exóticas quando sua espessura se aproxima da de átomos individuais. p Uma equipe liderada por Weigang Wang, professor do Departamento de Física do UArizona, sugerem em um novo estudo que a camada até então desconhecida é responsável por certos comportamentos das junções do túnel magnético que deixaram os físicos intrigados por muitos anos. A descoberta, publicado no jornal Cartas de revisão física , abre possibilidades inesperadas para desenvolver ainda mais a tecnologia.

p Ao contrário dos microtransistores convencionais, as junções do túnel magnético não usam a carga elétrica dos elétrons para armazenar informações, mas tirar proveito de uma propriedade mecânica quântica que os elétrons têm, que é conhecido como "spin". Conhecido como spintrônica, a tecnologia de computação baseada em junções de túnel magnético ainda está em fase experimental, e os aplicativos são extremamente limitados. Por exemplo, a tecnologia é usada em aeronaves e caça-níqueis para proteger os dados armazenados de interrupções repentinas de energia.

p Isso é possível porque as junções do túnel magnético processam e armazenam informações trocando a orientação dos ímãs em nanoescala em vez de mover os elétrons como os transistores regulares.

p "Quando você muda a direção da magnetização, uma junção de túnel magnético se comporta como um transistor no sentido de que está "ligada" ou "desligada", "disse Meng Xu, estudante de doutorado no laboratório de Wang e primeiro autor do artigo. "Uma das vantagens é que, ao mantê-lo nesse estado, não consome energia para manter as informações armazenadas. "

p Embora as junções de túnel magnético de alto desempenho já existam há cerca de 20 anos, os cientistas ficaram perplexos com o fato de que sempre que mediram a diferença entre o estado "ligado" e "desligado", os valores eram muito mais baixos do que o previsto pelas propriedades físicas desses interruptores de tamanho nano, limitar o potencial das junções do túnel magnético como os blocos de construção da computação spintrônica.

p Esse mistério pode ser explicado pela fina camada de óxido de ferro que Wang e seus colegas descobriram na interface entre as duas camadas magnéticas em suas amostras de junção de túnel magnético - a "fatia de queijo" na analogia do sanduíche.

p “Achamos que essa camada atua como um contaminante, impedindo que nossa amostra alcance o desempenho que queremos ver a partir de uma junção de túnel magnético, "Disse Wang.

p Contudo, Wang diz que as descobertas são uma medalha dupla, porque enquanto a camada imprevista está diminuindo as possibilidades de junções de túnel magnético, diminuindo a mudança de resistência em seu estado "ligado" e "desligado", é uma boa notícia porque abre oportunidades inesperadas em outra área da spintrônica.

p O grupo de Wang descobriu que a camada se comporta como um antiferroímã quando testou as junções do túnel em temperaturas extremamente frias abaixo de 400 graus Fahrenheit negativos, ou 245 graus Celsius negativos.

p Os antiferromagnetos estão sob intensa pesquisa porque podem ser potencialmente manipulados em frequências Terahertz, cerca de 1, 000 vezes mais rápido que o existente, tecnologia baseada em silício, que normalmente opera na região de Gigahertz. Até agora, Contudo, pesquisadores têm lutado para encontrar maneiras de manipular os dispositivos promissores, uma primeira etapa crucial na aplicação da tecnologia ao armazenamento de dados.

p "Em alguns casos, pesquisadores conseguiram controlar com sucesso materiais antiferromagnéticos de forma isolada, "Wang disse, "mas assim que você tenta incorporar uma camada antiferromagnética em uma junção de túnel magnético - e isso é o que você tem que fazer para usá-los na spintrônica - isso mata a coisa toda."

p Hoewever, a camada relatada neste estudo não, A equipe de Wang encontrou. Pela primeira vez, isso pode permitir que os pesquisadores combinem as vantagens dos antiferromagnetos - velocidade de leitura e gravação sem precedentes - com a controlabilidade das junções do túnel magnético, Disse Wang.

p "Com este estudo, demonstramos pela primeira vez que podemos alterar a propriedade antiferromagnética de uma junção de túnel magnético usando um campo elétrico, o que nos traz um passo mais perto de usar spintrônica antiferromagnética para armazenamento de memória, "Disse Wang.

p Eis o porquê:embora usar os spins em antiferromagnetos para processar informações aumenta muito a velocidade computacional, eventualmente, essa informação tem que ser convertida de volta em uma carga elétrica, Disse Wang.

p "Qualquer informação que codificarmos em spin, não importa se antiferromagnético ou magnético, eventualmente queremos ler como um sinal elétrico porque o elétron é realmente a melhor coisa que temos e o meio mais popular de processamento, ler e escrever informações, "ele disse." Essa conversão é normalmente feita por junções de túnel magnético. "

p A incorporação de camadas antiferromagnéticas em junções de túnel magnético pode, algum dia, permitir que os engenheiros projetem computadores nos quais o processamento de informações ocorre no mesmo lugar que o armazenamento de informações, semelhante ao cérebro humano.

p Os dispositivos spintrônicos oferecem outra vantagem sobre os transistores convencionais, segundo Wang:Eles não precisam de energia apenas para manter as informações armazenadas na memória.

p "Com a spintrônica, você precisa do campo elétrico apenas para escrever as informações, mas uma vez feito isso, você pode desligá-lo para reduzir o consumo de energia, " ele disse.

p Transistores baseados em silício, por outro lado, sofrem de um efeito conhecido como vazamento de elétrons, Disse Wang. Conforme os fabricantes estão amontoando mais e mais transistores em áreas menores de microprocessadores, mais e mais elétrons são perdidos, exigindo que o dispositivo execute trabalho extra e consuma energia extra apenas para neutralizar esse processo.

p O vazamento de elétrons é uma das razões pelas quais a Lei de Moore - que afirma que o número de transistores em um chip dobra a cada dois anos - deve terminar em breve, Disse Wang.

p Com dispositivos spintrônicos, vazamento não é um problema; eles podem armazenar informações virtualmente indefinidamente sem consumir energia.

p "É a mesma razão pela qual seus ímãs de geladeira podem permanecer no lugar por muito tempo, "ele disse." Uma vez que a interação de troca mecânica quântica foi feita, no energy input is needed to maintain the magnetization direction."