Spintrônica: Capacitor de spin armazena terabytes de dados
Esquema de funcionamento do capacitor spintrônico.
[Imagem: T. Moorsom et al. - 10.1126/sciadv.aax1085]
Capacitor spintrônico
Pesquisadores construíram um novo componente que representa um avanço no desenvolvimento de uma nova geração de eletrônicos que exigirá menos energia e gerará menos calor.
O feito foi alcançado explorando as complexas propriedades quânticas dos elétrons - neste caso, o estado de rotação, ou spin, dos elétrons, que é a base de uma tecnologia emergente chamada spintrônica.
O componente inédito é um "capacitor de spin", capaz de gerar e manter o estado de rotação dos elétrons por várias horas.
Tentativas anteriores mantiveram o estado de spin por apenas uma fração de segundo.
Capacitor de spin
Na eletrônica, um capacitor armazena energia na forma de carga elétrica - ele é como uma bateria, só que absorve e libera sua carga de forma muito rápida.
Já um capacitor de spin é uma variação desse conceito: Em vez de manter apenas a carga do elétron, ele conserva também o spin dos elétrons armazenados - na verdade, ele "congela" a posição de spin de cada um dos elétrons.
Essa capacidade de capturar o spin abre a possibilidade de desenvolvimento de novos dispositivos que armazenem informações com tanta eficiência que os próprios dispositivos podem ficar ultraminiaturizados - um capacitor de spin medindo apenas 2,5 centímetros quadrados pode armazenar 100 Terabytes de dados.
"No momento, até 70% da energia usada em um dispositivo eletrônico, como um computador ou telefone celular, é perdida como calor, e estamos falando da energia que provém dos elétrons que se movem pelos circuitos do dispositivo. Com os efeitos quânticos que usam luz e elementos ecológicos, pode não haver perda de calor. Isso significa que o desempenho das tecnologias atuais pode continuar a se desenvolver de uma maneira mais eficiente e sustentável, exigindo muito menos energia," disse o professor Oscar Cespedes, da Universidade de Leeds, no Reino Unido.
A equipe agora parte para miniaturizar o capacitor de spin.
Como funciona um capacitor de spin
Na computação convencional, a informação é codificada e armazenada como uma série de bits, zeros e uns no disco rígido, por exemplo. Esses zeros e uns podem ser representados ou armazenados no disco rígido por alterações na polaridade de pequenas regiões magnetizadas.
Com a tecnologia spintrônica, os capacitores de spin podem escrever e ler informações codificadas no estado de spin dos elétrons - imagine o spin como a direção de rotação do elétron -, o que pode ser feito usando campos elétricos ou luz.
A equipe desenvolveu o capacitor de spin usando uma interface de materiais feita de uma forma de carbono chamada buckminsterfulereno (buckyballs), óxido de manganês e um eletrodo magnético de cobalto. A interface entre o nanocarbono e o óxido é capaz de capturar o estado de spin dos elétrons.
O tempo que leva para o estado de spin decair foi prolongado usando a interação entre os átomos de carbono nos fulerenos e o óxido metálico na presença de um eletrodo magnético.
O humilde capacitor ganha superpoderes para computação neuromórfica
Artigo: Reversible spin storage in metal oxide-fullerene heterojunctions
Autores: Timothy Moorsom, M. Rogers, I. Scivetti, S. Bandaru, G. Teobaldi, M. Valvidares, M. Flokstra, S. Lee, R. Stewart, T. Prokscha, P. Gargiani, N. Alosaimi, G. Stefanou, M. Ali, F. Al MaMari, G. Burnell, B. J. Hickey, Oscar Cespedes