Eletrônica

Semicondutor magnético promete processador que não esquenta

Semicondutor magnético promete processador que não esquenta
À esquerda, a área ativa do isolante topológico magnético, com 3 micrômetro de largura e apenas 70 átomos de espessura. O fundo azul é um dielétrico e as regiões amarelas são eletrodos metálicos.[Imagem: RIKEN]

Isolante topológico magnético

O nome soa estranho - isolante topológico magnético.

Mas as promessas desse material inovador não são triviais, indo das redes de transmissão elétrica sem perdas, até computadores que não dissipam calor.

E, eventualmente, poderão inaugurar uma nova era pós-eletrônica, a chamada spintrônica, onde os dados são armazenados no spin dos elétrons.

Cientistas da Universidade de Tóquio e dos Laboratórios Riken conseguiram fazer a primeira demonstração prática desse novo tipo de material que é, essencialmente, um semicondutor magnético.

Ao contrário dos supercondutores, que conduzem eletricidade sem perdas em todo o seu volume, esse novo material exótico apresenta condução sem perdas apenas em sua superfície - donde o nome topológico.

Efeitos Hall quânticos

A possibilidade da existência desses isolantes topológicos magnéticos só foi prevista pelos teóricos há cerca de 10 anos.

Nos anos 1980, a descoberta do chamado "efeito Hall quântico" mostrou a possibilidade da criação de canais de transmissão de eletricidade sem perdas. O problema é que isso exigia campos magnéticos 10.000 vezes mais intensos do que o campo magnético da Terra.

Mais recentemente, os físicos descobriram o "efeito Hall quântico anômalo", que dispensa o campo magnético externo, uma vez que o efeito emerge da magnetização do próprio semicondutor.

Semicondutor magnético promete processador que não esquenta
Esquema do efeito Hall quântico (esquerda) e do efeito Hall quântico anômalo (direita). [Imagem: RIKEN]

Esse novo efeito baseia-se na interação entre os íons magnéticos do material e as partículas que transportam a corrente elétrica em sua superfície, os chamados férmions de Dirac - essas partículas comportam-se como se tivessem massa zero, daí emergindo a "supercondução".

Processadores que não aquecem

Agora, Joseph Checkelsky e seus colegas conseguiram observaram o fenômeno em funcionamento, em perfeito acordo com a teoria, em uma espécie de cerâmica, formada por bismuto, telúrio e selênio, devidamente dopada com íons de manganês.

Foi uma prova de conceito, ainda em temperaturas criogênicas, mas o suficiente para deixar os cientistas entusiasmados.

Ainda que não seja possível, no futuro próximo, substituir os cabos das linhas de transmissão de energia por um material tão exótico, a equipe afirma ser muito razoável esperar sua utilização para a construção de transistores, eventualmente levando à construção de processadores que nunca aquecerão.

Bibliografia:

Dirac-fermion-mediated ferromagnetism in a topological insulator
Joseph G. Checkelsky, Jianting Ye, Yoshinori Onose, Yoshihiro Iwasa, Yoshinori Tokura
Nature Physics
Vol.: Published online
DOI: 10.1038/nphys2388




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