Eletrônica

Semicondutor pode transformar calor dos chips em mais processamento

Semicondutor pode transformar calor dos chips em mais processamento
O efeito, que "converte" o calor em um fenômeno da mecânica quântica - conhecido como spin - foi detectado em um semicondutor chamado arseneto de gálio-manganês. [Imagem: Jaworski et al./Nature Materials]

Cientistas descobriram um novo fenômeno que poderá no futuro permitir que os computadores reciclem o próprio calor gerado em seu interior.

O efeito, que "converte" o calor em um fenômeno da mecânica quântica - conhecido como spin - foi detectado em um semicondutor chamado arseneto de gálio-manganês por cientistas da Universidade do Estado de Ohio, nos Estados Unidos.

Quando convertido em uma aplicação tecnológica, o efeito poderá permitir que os circuitos integrados de fato funcionem com calor, em vez de eletricidade.

Termo-spintrônica

A spintrônica é promissora porque é muito mais rápida do que a eletrônica, consome uma quantidade irrisória de energia e permite armazenar mais dados em menos espaço.

A termoeletricidade promete de geladeiras de estado sólido a equipamentos que gerem energia usando o calor desperdiçado nos motores de carros e em equipamentos industriais.

A equipe de Joseph Heremans e Roberto Myers acredita agora que é possível combinar spintrônica e termoeletricidade para criar uma tecnologia híbrida, chamada termo-spintrônica, que usa o calor para criar uma polarização de spins, algo equivalente a escrever dados binários em elétrons individuais.

Se o fenômeno puder ser transformado em aplicações práticas, a termo-spintrônica poderá resolver dois problemas para a indústria da computação: como remover o calor residual dos processadores e como aumentar o poder de processamento sem gerar ainda mais calor.

Em um possível uso do novo efeito, um dispositivo termo-spintrônico poderia ser colocado em cima de um microprocessador tradicional, e sifonar o calor gerado por ele para alimentar um chip de memória ou de cálculo adicional.

Efeito spin-Seebeck

Os pesquisadores estudaram como o calor pode ser convertido em polarização de spin - um efeito chamado efeito spin-Seebeck. Este efeito foi identificado pela primeira vez em 2008, por cientistas da Universidade Tohoku, no Japão, em um metal.

Os cientistas agora detectaram o mesmo efeito em um semicondutor - o arseneto de gálio manganês. O arseneto de gálio já é um composto presente em todos os celulares produzidos hoje - a adição do manganês deu propriedades magnéticas ao material.

Neste semicondutor, os spins das cargas elétricas alinham-se paralelamente com a orientação do campo magnético total da amostra.

Quando o material foi aquecido, os elétrons do lado quente ficaram orientados na direção spin-up, e, do lado frio, eles ficaram orientados como spin-down.

Os pesquisadores também descobriram que, de forma surpreendente, os dois pedaços do material, com temperaturas diferentes, não precisam estar unidos fisicamente para que o efeito se propague de um para o outro: o fenômeno foi registrado mesmo quando a amostra foi dividida, criando duas fatias separadas por um pequeno espaço.

"Nós calculamos que cada fatia teria sua própria distribuição de elétrons spin-up e spin-down," disse Myers. "Em vez disso, um lado da primeira peça tinha spin para cima, e o extremo da segunda fatia tinha spin para baixo. O efeito de alguma forma atravessou a distância [entre as amostras]".

Bibliografia:

Observation of the spin-Seebeck effect in a ferromagnetic semiconductor
C. M. Jaworski, J. Yang, S. Mack, D. D. Awschalom, J. P. Heremans, R. C. Myers
Nature Materials
26 September 2010
Vol.: Published online
DOI: 10.1038/nmat2860




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