Capacitor spintrônico armazena terabytes de dados

Redação do Site Inovação Tecnológica - 24/04/2020

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.

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A equipe agora parte para miniaturizar o capacitor de spin.
[Imagem: University of Leeds]

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.

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