A humilde hematita vira estrela da tecnologia de ponta

Redação do Site Inovação Tecnológica - 30/04/2025

Dois modos interferentes criam ondas de spin (espirais vermelhas/azuis), injetando uma corrente de spin (esferas vermelhas/azuis com setas) em uma camada de platina integrada (azul). Os padrões de interferência são detectados separadamente por um feixe de laser (verde). A seta curva no topo ilustra que a polarização resultante é controlada dinamicamente.
[Imagem: Anna Duvakina/LMGN EPFL]

Hematita spintrônica

A humilde e largamente disseminada hematita (Fe₂O₃), um dos muitos óxidos de ferro e o principal minério de onde o ferro é extraído, acaba de ser alçada ao patamar de estrela da tecnologia, ocupando espaço ao lado de compostos exóticos e materiais quânticos.

Lutong Sheng e colegas da Escola Politécnica Federal de Lausanne (EPFL), na Suíça, descobriram que a hematita é o material que toda a comunidade científica estava procurando para fazer avançar o campo da spintrônica, um modo mais rápido e mais eficiente de fazer computação usando o momento magnético do elétron, e não sua carga elétrica.

Em 2023, a mesma equipe descobriu como fazer computação usando ondas magnéticas, também conhecidas como ondas de spin, cujas quasipartículas são chamadas magnons, em lugar do tradicional fluxo de elétrons, ou corrente elétrica.

O truque está em usar sinais de radiofrequência para excitar as ondas de spin o suficiente para reverter o estado de magnetização de pequenos nanoímãs. Quando alternado de 0 para 1, por exemplo, isso permite que os nanoímãs armazenem informações digitais, um processo usado nas memórias de computador e, mais amplamente, nas tecnologias de informação e comunicação.

Foi um grande passo em direção à computação sustentável porque a codificação de dados por meio de ondas de spin pode eliminar a perda de energia, ou aquecimento Joule, associado a dispositivos baseados em elétrons.

Mas faltava um detalhe: Naquele experimento original, os sinais da onda de spin não podiam ser usados para redefinir os bits magnéticos, ou seja, não era ainda possível reescrever os dados existentes. É aí que entra a hematita.

O próximo passo será construir componentes spintrônicos usando a hematita e testar suas habilidades de leitura, apagamento e reescrita.
[Imagem: Lutong Sheng et al. - 10.1038/s41567-025-02819-7]

Modos de magnons

A equipe descobriu um comportamento magnético sem precedentes na hematita: O composto de óxido de ferro abundante na Terra e muito mais ecológico do que os materiais atualmente usados na spintrônica, permite escrever e reescrever os dados magnéticos repetidamente.

"Este trabalho demonstra que a hematita não é apenas um substituto sustentável para materiais consagrados, como a granada de ítrio-ferro. Ela apresenta uma física de spin totalmente nova que pode ser aproveitada para processamento de sinais em frequências ultra-altas, o que é essencial para o desenvolvimento de dispositivos spintrônicos ultrarrápidos e suas aplicações na próxima geração de tecnologias de informação e comunicação," disse o professor Dirk Grundler.

Materiais magnéticos, como a granada de ítrio e ferro citada pelo pesquisador, produzem magnons muito caraterísticos, mas sempre com o mesmo comportamento e as mesmas propriedades - os físicos chamam isso de magnons de modo único. Mas a hematita apresentou um fenômeno de interferência entre ondas separadas de spin que geram modos adicionais de magnons.

E ter pelo menos dois modos magnônicos é crucial: Significa que as correntes de spin geradas pelos magnons podem ser ajustadas para alternar entre polarizações opostas no mesmo dispositivo, o que pode, por sua vez, alternar o estado de magnetização de um nanoímã em qualquer direção.

Assim, a hematita poderá finalmente viabilizar a codificação e o armazenamento repetidos de dados digitais nesses sistemas computacionais emergentes.

"A hematita é conhecida pelo homem há milhares de anos, mas seu magnetismo era fraco demais para aplicações comuns. Agora, descobriu-se que ela supera um material que foi otimizado para eletrônica de micro-ondas na década de 1950," disse Grundler. "Essa é a beleza da ciência: Você pode pegar esse material antigo e abundante na Terra e encontrar uma aplicação muito oportuna para ele, o que pode nos permitir ter uma abordagem mais eficiente e sustentável para a spintrônica."

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