p A atual tecnologia de computação baseada em silício é ineficiente em termos de energia. A tecnologia da informação e comunicação deve usar mais de 20% da produção global de eletricidade até 2030. Portanto, encontrar maneiras de descarbonizar a tecnologia é uma meta óbvia para a economia de energia. Professor Paolo Radaelli do Departamento de Física de Oxford, trabalhando com Diamond Light Source, o síncrotron nacional do Reino Unido, tem liderado pesquisas sobre alternativas mais eficientes ao silício. As descobertas surpreendentes de seu grupo são publicadas em Natureza em um artigo intitulado "Meio-skyrmions e bímeros antiferromagnéticos em temperatura ambiente". Algumas das texturas antiferromagnéticas que eles encontraram podem emergir como candidatas principais para spintrônica antiferromagnética de baixa energia em temperatura ambiente. p Os pesquisadores trabalham há muito tempo em tecnologias alternativas ao silício. Óxidos de metais comuns, como ferro e cobre, são alvos naturais porque já são uma base tecnológica, presente em computadores baseados em silício, o que significa que há uma grande chance de compatibilidade entre as duas tecnologias. Embora os óxidos sejam ótimos para armazenar informações, eles não são bons em movimentar informações - uma necessidade para computação. Contudo, uma propriedade dos óxidos que surgiu é que muitos são magnéticos, o que significa que pode ser possível mover bits magnéticos, tanto em óxidos quanto em outros ímãs, com muito pouca energia necessária.

p Professor Radaelli diz, "Os tipos de bits de que estamos falando devem ser realmente minúsculos - 10 nanômetros é a figura-alvo típica - e devem ser robustos mesmo quando 'sacudidos e mexidos." Isso é muito desafiador, porque o risco de eles serem simplesmente dissipados é muito alto quando a broca é tão pequena. Uma solução possível veio da mais improvável das direções:um curioso paralelo entre a física do estado sólido e a cosmologia. Na verdade, a inspiração para este projeto foi definida na forma de um desafio:Podemos replicar cordas cósmicas em um ímã? "

p Essencial para obter respostas foi o uso das equipes da linha de luz de Nanociência de Diamond e do Microscópio Eletrônico PhotoEmission (PEEM). Ele combina alta resolução espacial com alta densidade de fluxo para resolver nanoestruturas em escalas de comprimento nanométrico. Por meio do PEEM, a linha de luz de nanociência pode resolver nanopartículas com diâmetros inferiores a 20 nm usando raios-X moles polarizados.

p As cordas cósmicas deveriam ser filamentos no espaço, muito mais fino que um átomo, mas potencialmente tão longo quanto a distância entre as estrelas. Certas teorias cosmológicas prevêem que eles poderiam ter se formado nos momentos após o Big Bang, quando o universo estava esfriando rapidamente. Embora os pesquisadores ainda discutam se eles existem, uma teoria sugere que, uma vez formada, cordas cósmicas seriam estáveis ​​e não "evaporariam, "para que os astrônomos possam descobri-los no futuro. A relevância das cordas cósmicas e dos computadores é que a descrição matemática das cordas cósmicas é bastante simples. O mesmo tipo de condições matemáticas que favorecem as formações de cordas pode ser encontrado em muitos outros sistemas físicos, incluindo ímãs.

p Professor Radaelli diz, "É a beleza da física:equações matemáticas que descrevem o 'macrocosmo' em escalas parsec também podem funcionar no microcosmo em escalas nanométricas. Com o desafio definido, tudo o que faltava fazer era encontrar um ímã adequado. Mais uma vez, o candidato revelou-se o mais improvável:ferrugem comum. "

p Óxido de ferro (fórmula química Fe ₂ O ₃ ) é um dos principais constituintes da ferrugem. Cada átomo de ferro atua como uma pequena bússola, mas esta forma particular de Fe ₂ O ₃ não é magnético no sentido comum de atrair e ser atraído por outros ímãs:é um antiferroímã, de modo que metade das bússolas de Fe apontam para o norte e a outra metade para o sul.

p Dois anos atrás, trabalhando na Diamond em amostras produzidas na University of Wisconsin, Madison, O grupo Oxford de Radaelli descobriu o equivalente magnético das cordas cósmicas em Fe ₂ O ₃ , e obtive imagens deles usando um poderoso microscópio de raios-X. Esses pequenos objetos, conhecidos como merons, são redemoinhos magnéticos nos quais a agulha da bússola gira (NESW ou NWSE) conforme a pessoa se move de um átomo para o próximo em um loop em escala nanométrica.

p "Com retrospectiva, encontrar merons magnéticos foi um grande golpe de sorte, pois sabemos que são muito difíceis de estabilizar nas condições usadas para o primeiro experimento. Para o artigo publicado hoje, estendemos nossa colaboração à Universidade Nacional de Cingapura e conseguimos encontrar a chave para criar e destruir merons magnéticos à vontade, explorando o equivalente matemático do "resfriamento do Big Bang, '"acrescenta Radaelli.

p A equipe acredita que há boas perspectivas para o uso de 'ferrugem' para criar computadores supereficientes. Isso ocorre porque embora seja muito simples na arquitetura, o Fe ₂ O ₃ - dispositivo baseado em que merons e bimérons foram encontrados já contém todos os ingredientes para manipular esses pequenos pedaços de forma rápida e eficiente - fazendo fluir uma minúscula corrente elétrica em um 'sobretudo' metálico extremamente fino. "Na verdade, de acordo com a equipe, controlar e observar o movimento dos mérons e bímeros em tempo real é o objetivo de um futuro experimento de microscopia de raios-X, atualmente em fase de planejamento.

p Mudar da pesquisa básica para a aplicada significa que as considerações de custo e compatibilidade são de suma importância. Embora o óxido de ferro seja extremamente abundante e barato, as técnicas de fabricação empregadas por pesquisadores em Cingapura e Madison são complexas e requerem controle em escala atômica. Contudo, os pesquisadores estão otimistas, como eles demonstraram recentemente que é possível retirar uma fina camada de óxido de seu meio de crescimento e grudá-la em quase qualquer lugar, enquanto deixa suas propriedades praticamente inalteradas. Eles dizem que seus próximos passos serão o projeto e a fabricação de dispositivos de prova de princípio baseados em cordas cósmicas.