Impulsionando ímãs em camadas atômicas em direção a computadores verdes
Legenda:O fluxo de corrente elétrica na placa cristalina inferior (representando WTe2) quebra uma simetria espelhada (vidro quebrado), enquanto o próprio material quebra a outra simetria espelhada (vidro rachado). A corrente de spin resultante tem polarização vertical que muda o estado magnético do ferromagneto 2D superior. Crédito:Instituto de Tecnologia de Massachusetts Globalmente, a computação está a crescer a um ritmo sem precedentes, alimentada pelos benefícios da inteligência artificial. Com isto, a enorme procura de energia da infra-estrutura informática mundial tornou-se uma grande preocupação, e o desenvolvimento de dispositivos informáticos que sejam muito mais eficientes em termos energéticos é um grande desafio para a comunidade científica.
O uso de materiais magnéticos para construir dispositivos de computação como memórias e processadores surgiu como um caminho promissor para a criação de computadores "além do CMOS", que usariam muito menos energia em comparação com os computadores tradicionais. A comutação de magnetização em ímãs pode ser usada em computação da mesma forma que um transistor muda de aberto ou fechado para representar os 0s e 1s do código binário.
Embora grande parte da pesquisa nesta direção tenha se concentrado no uso de materiais magnéticos em massa, uma nova classe de materiais magnéticos – chamados ímãs bidimensionais de van der Waals – fornece propriedades superiores que podem melhorar a escalabilidade e a eficiência energética de dispositivos magnéticos para torná-los comercialmente viável.
Embora os benefícios da mudança para materiais magnéticos 2D sejam evidentes, a sua indução prática em computadores tem sido dificultada por alguns desafios fundamentais. Até recentemente, os materiais magnéticos 2D só podiam operar em temperaturas muito baixas, como os supercondutores. Portanto, elevar a temperatura operacional acima da temperatura ambiente continua sendo o objetivo principal. Além disso, para uso em computadores, é importante que estes possam ser controlados eletricamente, sem a necessidade de campos magnéticos.
Preencher esta lacuna fundamental, onde materiais magnéticos 2D podem ser comutados eletricamente acima da temperatura ambiente sem quaisquer campos magnéticos, poderia potencialmente catapultar a tradução de ímãs 2D na próxima geração de computadores "verdes".
Uma equipe de pesquisadores do MIT alcançou agora esse marco crítico ao projetar um dispositivo "heteroestrutura em camadas atômicas de van der Waals", onde um ímã 2D de van der Waals, telureto de ferro e gálio, faz interface com outro material 2D, o ditelureto de tungstênio. Em um artigo de acesso aberto publicado em Science Advances , a equipe mostra que o ímã pode ser alternado entre os estados 0 e 1 simplesmente aplicando pulsos de corrente elétrica em seu dispositivo de duas camadas.
"Nosso dispositivo permite comutação robusta de magnetização sem a necessidade de um campo magnético externo, abrindo oportunidades sem precedentes para tecnologia de computação de consumo ultrabaixo e ambientalmente sustentável para big data e IA", disse a autora principal Deblina Sarkar, professora assistente de desenvolvimento de carreira da AT&T na o MIT Media Lab e Centro de Engenharia Neurobiológica, e chefe do grupo de pesquisa Nano-Cybernetic Biotrek. "Além disso, a estrutura em camadas atômicas do nosso dispositivo oferece recursos exclusivos, incluindo interface aprimorada e possibilidades de ajuste de tensão de porta, bem como tecnologias spintrônicas flexíveis e transparentes."
Sarkar é acompanhado no artigo pelo primeiro autor Shivam Kajale, um estudante de pós-graduação do grupo de pesquisa de Sarkar no Media Lab; Thanh Nguyen, estudante de pós-graduação do Departamento de Ciência e Engenharia Nuclear (NSE); Nguyen Tuan Hung, pesquisador visitante do MIT na NSE e professor assistente na Universidade Tohoku, no Japão; e Mingda Li, professor associado da NSE.