Magnônica promete processadores 1.000 vezes mais rápidos - sem esquentar

Redação do Site Inovação Tecnológica - 17/12/2019

Futuros dispositivos como este, baseados em torque dos magnons, serão mais rápidos, consumirão menos energia e não vão superaquecer.
[Imagem: NUS]

Computação com ondas magnéticas

Pesquisadores de Cingapura desenvolveram uma maneira revolucionária de codificar informações computacionais sem usar corrente elétrica.

Isso permitirá a construção de aparelhos mais rápidos, capazes de usar a energia de maneira eficiente sem superaquecer, além de dispositivos lógicos e de memória com maior eficiência energética.

Em vez de adotar os tradicionais métodos de injeção de elétrons, usados na eletrônica tradicional, Yi Wang e seus colegas usaram "ondas de spin" para alternar a magnetização dos bits.

Ondas de spin são propagações de distúrbios na estrutura cristalina de materiais magnéticos. Essas ondas são tipicamente descritas como quasipartículas, conhecidas como "magnons", e estabelecem uma espécie de elo entre o "eletro" e o "magnetismo". Assim como o spin dos elétrons deu origem à spintrônica, há muito se esperava que os magnons pudessem ser explorados tecnologicamente, criando uma magnônica.

Além de tudo funcionar a temperatura ambiente, a frequência de operação das ondas de spin está na faixa dos terahertz, pelo menos mil vezes mais rápido do que os gigahertz dos processadores atuais. Dispositivos terahertz poderão transmitir dados em velocidades significativamente mais altas do que as atualmente possíveis.

Comparação entre o funcionamento de um componente baseado no spin do elétron (spintrônica) e outro baseado no spin magnético (magnônica).
[Imagem: Yi Wang et al. - 10.1126/science.aav8076]

Magnônica

A equipe construiu um componente de duas camadas que consiste em um canal de transporte de magnons antiferromagnético e uma fonte de spins na forma de um isolante topológico. Em um feito inédito, eles demonstraram com sucesso a comutação da magnetização de um bit acionada por ondas de spin na camada ferromagnética com alta eficiência.

O novo esquema de chaveamento - gravar e apagar bits - baseado em ondas de spin dispensa as cargas móveis dos elétrons. Portanto, circuitos que usem esse mecanismo deverão apresentar uma dissipação de energia e calor Joule muitíssimo menor do que os aparelhos eletrônicos equivalentes - em termos mais simples, processadores que não esquentam e que gastam pouquíssima energia, permitindo uma nova onda de aumento de velocidade na informática e aparelhos portáteis com baterias muito mais duradouras.

"As ondas de spin (magnons) podem transmitir informações mesmo em [materiais] isolantes, sem envolver cargas móveis. Essa propriedade exclusiva permite a propagação mais longa do spin, mas com menor dissipação em comparação com os spins dos elétrons.

"Então podemos controlar a magnetização se transferirmos as informações de spin dos magnons para a magnetização local, que pode ser entendida como um 'torque de magnons'. Assim como uma força linear é um impulso ou uma tração, um torque pode ser considerado como uma torção em um objeto. Portanto, essa nova maneira de manipular a magnetização pode ser usada para futuros dispositivos lógicos e de memória.

"Sabemos que o torque do spin elétrico abriu a era para aplicações dos dispositivos spintrônicos, como as memórias magnéticas de acesso aleatório (MRAMs). Acreditamos que a nossa descrição do novo esquema de torque de magnons para comutação de magnetização é uma ideia revolucionária na spintrônica. Ela vai revigorar não apenas uma nova área de pesquisa em magnônica, mas também em dispositivos práticos operados por magnons," detalhou Wang Yi, da Universidade Nacional de Cingapura.

A seguir, a equipe planeja trabalhar para aumentar ainda mais a eficiência dos torques de magnons e começar a construir os diversos componentes magnônicos, que possam apresentar as mesmas funcionalidades dos componentes eletrônicos, só que sem envolver qualquer parte elétrica.

Bibliografia:

Artigo: Magnetization switching by magnon-mediated spin torque through an antiferromagnetic insulator
Autores: Yi Wang, Dapeng Zhu, Yumeng Yang, Kyusup Lee, Rahul Mishra, Gyungchoon Go, Se-Hyeok Oh, Dong-Hyun Kim, Kaiming Cai, Enlong Liu, Shawn D. Pollard, Shuyuan Shi, Jongmin Lee, Kie Leong Teo, Yihong Wu, Kyung-Jin Lee, Hyunsoo Yang
Revista: Science

Vol.: 366, Issue 6469, pp. 1125-1128

DOI: 10.1126/science.aav8076

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