Físicos Descobrem Forças Quânticas Preparadas para Transformar a Eficiência dos Dispositivos

Uma descoberta inovadora na spintrónica promete transformar a computação, aproveitando a orientação dos spins dos electrões para criar dispositivos quânticos mais rápidos e energeticamente eficientes. Crédito: SciTechDaily.com

Na atual paisagem digital em rápida evolução, a necessidade de maior capacidade de armazenamento, eficiência e poder de computação continua a aumentar. Para responder a estas exigências, os investigadores estão a explorar a spintrónica, um campo inovador que poderá transformar a eletrónica moderna. Ao contrário da eletrónica convencional, que depende apenas da carga eléctrica dos electrões, a spintrónica utiliza tanto a carga como o spin. Ao codificar valores binários – “up” para 1 e “down” para 0 – no spin de um eletrão, os dispositivos spintrónicos podem proporcionar um desempenho mais rápido e uma eficiência energética superior.

Compreender a base quântica da spintrónica

Para aproveitar plenamente o potencial da spintrónica, os cientistas devem aprofundar as propriedades quânticas dos materiais. Um elemento crítico nesta busca é o binário de spin, que permite que as correntes eléctricas controlem a magnetização. Esta função é essencial para o avanço das tecnologias de armazenamento e processamento de dados da próxima geração.

Num estudo publicado na revista Nature Nanotechnology em 15 de janeiro de 2025, investigadores da Universidade de Utah e da Universidade da Califórnia, Irvine, revelaram um novo binário spin-órbita denominado binário Hall anómalo. Este fenómeno permite a manipulação do spin e da magnetização através de correntes eléctricas.

Primeiro protótipo de dispositivo spintrónico de sempre que explora o efeito anómalo do binário Hall. Crédito: Adaptado de Montoya et. al., (2025) Nature Nanotech

“Esta descoberta introduz uma física inteiramente nova com aplicações interessantes”, disse Eric Montoya, autor principal e professor assistente de física na Universidade de Utah. “Estes torques de spin auto-gerados são ideais para sistemas emergentes como a computação neuromórfica, que imita as redes cerebrais humanas”.

Explorar o spin e a simetria

Os electrões apresentam campos magnéticos minúsculos e spins dipolares – “para cima” ou “para baixo”, semelhantes aos pólos magnéticos da Terra. O binário de orientação do spin refere-se à velocidade a que os electrões giram em torno de um ponto fixo. Em certos materiais, as correntes eléctricas ordenam os electrões com base na sua orientação de spin. Esta simetria de spin, ou distribuição, influencia as propriedades magnéticas e o comportamento do material.

O binário Hall anómalo está relacionado com o efeito Hall anómalo, identificado pela primeira vez em 1881, em que os electrões se dispersam assimetricamente em materiais magnéticos, produzindo uma corrente de carga perpendicular. Na spintrónica, ocorre um processo semelhante: a aplicação de uma corrente eléctrica cria uma corrente de spin perpendicular à corrente de carga, alinhando o spin com a magnetização.

“Tudo se resume à simetria”, explicou Montoya. “Podemos afinar estas propriedades nos materiais para controlar a orientação do spin de forma eficiente, permitindo novas funcionalidades para os dispositivos.”

A estrutura do torque Hall universal

O binário Hall anómalo, parte dos “binários Hall universais”, faz avançar a spintrónica ao permitir a conceção de dispositivos mais simples.

Os investigadores criaram um oscilador de spin-torque que imita as funções dos neurónios, mas funciona mais rapidamente e é mais pequeno. “O nosso próximo passo é construir redes para tarefas neuromórficas como o reconhecimento de imagens”, disse Krivorotov.

Esta descoberta abre caminho a futuras tecnologias.

Leia o Artigo Original: Scitechdaily

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