Aproximando-se do regime terahertz: ímãs quânticos de temperatura ambiente mudam de estado trilhões de vezes por segundo

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Uma classe de dispositivos de memória não volátil, chamada MRAM, baseada em materiais magnéticos quânticos, pode oferecer um desempenho mil vezes maior do que os atuais dispositivos de memória de última geração. Os materiais conhecidos como antiferromagnetos foram previamente demonstrados para armazenar estados de memória estáveis, mas eram difíceis de ler. Este novo estudo abre uma maneira eficiente de ler os estados de memória, com o potencial de fazê-lo também de forma incrivelmente rápida.

Você provavelmente pode piscar cerca de quatro vezes por segundo. Você poderia dizer que esta frequência de piscar é de 4 hertz (ciclos por segundo). Imagine tentar piscar 1 bilhão de vezes por segundo, ou a 1 gigahertz, seria fisicamente impossível para um ser humano. Mas esta é a atual ordem de grandeza na qual os dispositivos digitais contemporâneos de última geração, como a memória magnética, mudam de estado à medida que as operações são executadas. E muitas pessoas desejam forçar a fronteira mil vezes mais, para o regime de um trilhão de vezes por segundo, ou terahertz.

A barreira para a realização de dispositivos de memória mais rápidos pode ser os materiais usados. Os atuais chips MRAM de alta velocidade, que ainda não são tão comuns a ponto de aparecer em seu computador doméstico, utilizam materiais magnéticos ou ferromagnéticos típicos. Estes são lidos usando uma técnica chamada magnetorresistência de tunelamento. Isso requer que os constituintes magnéticos do material ferromagnético sejam alinhados em arranjos paralelos. No entanto, esse arranjo cria um forte campo magnético que limita a velocidade na qual a memória pode ser lida ou gravada.

“Fizemos um avanço experimental que supera essa limitação, e é graças a um tipo diferente de material, antiferromagnetos”, disse o professor Satoru Nakatsuji, do Departamento de Física da Universidade de Tóquio. “Os antiferroímãs diferem dos ímãs típicos de várias maneiras, mas, em particular, podemos organizá-los de outras maneiras além das linhas paralelas. Isso significa que podemos negar o campo magnético que resultaria de arranjos paralelos. Acredita-se que a magnetização dos ferroímãs seja necessária para magnetorresistência de tunelamento para ler da memória. Surpreendentemente, no entanto, descobrimos que também é possível para uma classe especial de antiferromagnetos sem magnetização, e esperamos que ele possa funcionar em velocidades muito altas.”

Nakatsuji e sua equipe acreditam que a troca de velocidades na faixa de terahertz é alcançável, e que isso também é possível em temperatura ambiente, enquanto tentativas anteriores exigiam temperaturas muito mais frias e não produziram resultados tão promissores. No entanto, para melhorar sua ideia, a equipe precisa refinar seus dispositivos, e melhorar a maneira como os fabrica é fundamental.

“Embora os constituintes atômicos de nossos materiais sejam bastante familiares – manganês, magnésio, estanho, oxigênio e assim por diante – a maneira como os combinamos para formar um componente de memória utilizável é nova e desconhecida”, disse o pesquisador Xianzhe Chen. “Crescemos cristais no vácuo, em camadas incrivelmente finas, usando dois processos chamados epitaxia de feixe molecular e pulverização catódica de magnetron. Quanto maior o vácuo, mais puras as amostras que podemos cultivar. É um procedimento extremamente desafiador e, se o melhorarmos, nossas vidas mais fáceis e produzir dispositivos mais eficazes também.”

Esses dispositivos de memória antiferromagnética exploram um fenômeno quântico conhecido como emaranhamento ou interação à distância. Mas, apesar disso, esta pesquisa não está diretamente relacionada ao campo cada vez mais famoso da computação quântica. No entanto, os pesquisadores sugerem que desenvolvimentos como esse podem ser úteis ou mesmo essenciais para construir uma ponte entre o atual paradigma da computação eletrônica e o campo emergente dos computadores quânticos.

Com informações de Science Daily.

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