Elemento antiferromagnético substitui o silício em novo sistema de armazenamento

Quando você salva uma imagem ou um arquivo no seu computador ou celular, esses dados são gravados em transistores ligados e desligados eletricamente, seguindo o padrão dos “bits” (zero ou um, verdadeiro ou falso) para codificar a informação que será guardada na memória do dispositivo.

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O silício, que compõe a maioria dos transistores produzidos atualmente, cumpre esse papel muito bem, mas o aumento na demanda por formas mais eficientes de armazenamento de dados tem levado os pesquisadores a procurar outros materiais que suportem memórias mais densas, velozes e seguras.

Durante um desses estudos, físicos do MIT, nos EUA, encontraram evidências de que os dados podem ser armazenados como bits de forma mais rápida, densa e segura em materiais antiferromagnéticos.

Ao contrário do imã

Os materiais antiferromagnéticos (AFM), como o próprio nome já diz, possuem funções inversas aos elementos magnéticos convencionais, onde os elétrons giram em sincronia, permitindo que a agulha da bússola aponte para o norte, por exemplo. Em um AFM, os elétrons tomam o caminho contrário, eliminando toda a magnetização.

A ausência dessa característica torna esse tipo de material imune a qualquer campo magnético externo. Se eles fossem usados em chips de memória, por exemplo, os bits antiferromagnéticos seriam capazes de evitar que os dados fossem apagados magneticamente.

“Uma memória AFM pode permitir o aumento da capacidade de armazenamento de dados dos dispositivos atuais, mantendo o mesmo volume, porém absorvendo muito mais informações”, diz o principal autor do estudo, o professor Riccardo Comin.

Mais memória

Em busca de novos materiais para melhorar a capacidade de armazenamento de dados, alguns pesquisadores recorrem às memórias magnetorresistivas ou MRAM. Esses sistemas gastam menos energia e podem ler e gravar dados mais rapidamente do que os dispositivos feitos de silício, mas eles também se dão mal quando expostos a campos magnéticos externos.

“O sistema como um todo segue um campo magnético como um girassol segue o sol, por isso, se você pegar um dispositivo de armazenamento magnético de dados e colocá-lo em um campo magnético moderado, as informações são completamente apagadas”, diz o professor Comin.

Já os materiais antiferromagnéticos não são afetados por imãs externos e, por isso, se tornam uma alternativa mais segura de armazenamento de dados em massa. Usando uma corrente elétrica, os pesquisadores encontraram formas eficientes para ligar e desligar o antiferromagnetismo, aumentando a eficiência do processo.

“Com essas abordagens, essa troca é muito rápida. Mas a desvantagem é que toda vez você precisa de uma corrente para ler ou escrever, isso requer muita energia”, explica o coautor do projeto, Jiarui Li.

Menos energia

Para contornar o problema do gasto excessivo de energia, os pesquisadores usaram niquelato de neodímio, um óxido antiferromagnético cultivado em laboratório manipulado por meio de um processo conhecido como dopagem, em que impurezas são introduzidas para alterar as propriedades eletrônicas de um material.

Eles removeram um átomo de oxigênio, deixando para trás dois elétrons que foram redistribuídos entre os outros átomos de níquel e oxigênio. Isso causou um efeito dominó na desordem dos átomos para desligar o antiferromagnetismo com um consumo mínimo de energia.

Os experimentos mostraram que era possível desligar o AFM utilizando o processo de dopagem e também restaurar todo o sistema ao introduzir oxigênio de volta ao material, sem aumentar o calor.

“Isso pode representar uma oportunidade para desenvolver um dispositivo de armazenamento de memória magnética que funcione de forma semelhante aos chips baseados em silício, com o benefício adicional de que você pode armazenar informações em domínios que são muito robustos e podem ser compactados em altas densidades”, completa o professor Comin.

Será que os dispositivos de armazenamento do futuro vão mesmo abrir mão do silício em definitivo?

Fonte: MIT