Transístor magnético tem memória embutida e maior eficiência energética

Redação do Site Inovação Tecnológica - 22/10/2025

Computadores magnéticos terão amplas vantagens sobre os atuais computadores puramente elétricos.
[Imagem: Shivam N. Kajale et al. - 10.1126/sciadv.adk8669]

Semicondutor magnético

Os transistores, os blocos de construção da eletrônica moderna, são tipicamente feitos de silício, e não por acaso: Por ser um semicondutor, o silício permite controlar o fluxo de eletricidade que tende a atravessá-lo - hora ela passa, hora não, dependendo da tensão que se aplica a um terceiro terminal do componente.

Mas o silício tem limites físicos fundamentais que restringem o quão compacto e energeticamente eficiente um transístor pode ser.

Em busca de vencer essas limitações, Chung-Tao Chou e colegas do MIT, nos EUA, substituíram o silício por um semicondutor magnético, criando um transístor magnético que promete criar circuitos menores, mais rápidos e mais energeticamente eficientes. Em vez da tensão elétrica no terminal de base, é o magnetismo do material que influencia seu comportamento eletrônico, levando a um controle mais eficiente do fluxo de eletricidade.

E as propriedades magnéticas exclusivas do material também permitem uma inovação substancial: Transistores com memória integrada, o que promete simplificar o projeto dos circuitos e abrir novas aplicações para os eletrônicos - esse conceito inovador é conhecido como computação na memória, eliminando a necessidade de que os dados trafeguem da memória para o processador e vice-versa.

"As pessoas conhecem ímãs há milhares de anos, mas há maneiras muito limitadas de incorporá-los à eletrônica. Mostramos uma nova maneira de utilizar o magnetismo de forma eficiente, o que abre muitas possibilidades para futuras aplicações e pesquisas," disse Chou.

A computação magnética depende de se estabelecer um elo entre o "eletro" e o "magnetismo".
[Imagem: Noura Zenbaa et al. - 10.1038/s41928-024-01333-7]

Computação magnética

Os transistores semicondutores de silício funcionam como pequenos interruptores, que ligam e desligam um circuito (ligado funciona como 1 e desligado funciona como 0) ou amplificam sinais fracos em um sistema de comunicação.

Eles fazem isso usando uma pequena tensão de entrada, e aí reside um problema: O silício exige uma tensão de operação mínima, limitando sua eficiência energética. Estima-se que transistores magnéticos permitam economizar 5% da energia mundial, sem contar com a viabilização de processadores metamórficos, mas há poucos materiais que permitem isso, e sempre com desvantagens associadas.

A equipe então se voltou para a spintrônica, um ramo da eletrônica que, em vez da carga dos elétrons, usa seu spin, uma propriedade tipicamente magnética. Mas aqui também há falta de materiais eficazes.

"Neste trabalho, combinamos magnetismo e física de semicondutores para criar dispositivos spintrônicos úteis," disse o professor Luqiao Liu.

Para isso, eles substituíram o silício na camada superficial de um transístor comum por brometo de enxofre e cromo (CrSBr), um material que funciona como um semicondutor magnético - é um material bidimensional, ou material de van der Waals.

A equipe descobriu que o material varia muito claramente entre dois estados magnéticos, e a alteração dos estados magnéticos modifica as propriedades eletrônicas do material, permitindo uma operação de baixa energia. E, ao contrário de muitos outros materiais 2D, o brometo de enxofre e cromo permanece estável no ar.

Esquema do transístor magnético construído pela equipe.
[Imagem: Chung-Tao Chou et al. - 10.1103/hpmq-rnh4]

Transístor magnético

Para criar seu transístor magnético, os pesquisadores traçaram eletrodos em um substrato comum de silício e, em seguida, alinharam e depositaram cuidadosamente o material bidimensional sobre ele. No laboratório, bastou uma fita adesiva para pegar um pequeno pedaço de material 2D, com apenas algumas dezenas de nanômetros de espessura, e colocá-lo sobre o substrato de silício.

Um campo magnético externo permite alterar o estado magnético do material, comutando o transístor usando significativamente menos energia do que é necessário para um transístor de silício.

O material também permite controlar os estados magnéticos usando uma corrente elétrica. Isso é importante porque não se pode aplicar campos magnéticos a transistores individuais em um dispositivo eletrônico - é preciso controlar cada um eletricamente.

"Agora, os transistores não apenas ligam e desligam, como também armazenam informações. E, como podemos comutar o transístor com maior magnitude, o sinal é muito mais forte, então podemos ler as informações mais rapidamente e de forma muito mais confiável," concluiu Liu.

A equipe agora está trabalhando em tecnologias de processo, que permitam sair do método da fita adesiva para técnicas que possam ser usadas em larga escala.

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