Cientistas desenvolvem turbilhões magnéticos com maior armazenamento

Turbilhões magnéticos criados por pesquisadores do MIT poderão ser usados na criação de dispositivos de retenção de dados menores, mais eficientes e com a capacidade ampliada em até 100 vezes

INFORMAÇÕES PESSOAIS:

RECOMENDAR PARA:

- AMIGO + AMIGOS
Preencha todos os campos.

postado em 09/10/2017 08:00 / atualizado em 09/10/2017 15:47

No início da computação, antes mesmo do surgimento das máquinas pessoais, o físico e químico George Moore publicou, na revista Electronics Magazine, um artigo ditando as bases do que mais tarde se transformaria em uma das mais famosas constatações da informática: a capacidade de processamento de componentes eletrônicos tende a dobrar a cada dois anos. Conforme a Lei de Moore, o tamanho dos componentes básicos de circuitos eletrônicos e memórias diminui pela metade em menos de 25 meses. E quanto mais componentes, maior o processamento ou o armazenamento da estrutura. Apesar do nome, não é uma lei física, como a gravidade, mas se mantém verdadeira desde 1956.

 

Há um limite, porém. Se os componentes básicos ficam pequenos demais, eles podem deixar de funcionar. Os transistores, usados para o processamento, sofrem com as flutuações quânticas presentes em escalas muito pequenas, enquanto as unidades magnéticas das memórias se tornam instáveis. Agora, pesquisadores do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT), nos Estados Unidos, deram um passo importante na direção de uma tecnologia com o potencial de superar os limites da Lei de Moore para o armazenamento de dados.

Eles desenvolveram uma forma de criar skyrmions — uma quasipartícula formada pela interação magnética entre um grupo de átomos — em locais específicos de uma fita metálica. Como os skyrmions são até 100 vezes menores do que os domínios magnéticos presentes em discos rígidos atuais, eles podem aumentar a capacidade de armazenamento desses dispositivos na mesma ordem. Além disso, são estáveis e resistentes a danos causados por variações de temperatura e campos magnéticos. Os resultados foram publicados, neste mês, na revista Nature Nanotechnology.

“Nos materiais magnéticos, cada átomo é como se fosse um pequeníssimo ímã que interage com os outros. Hoje em dia, os físicos conseguem produzir materiais magnéticos de baixa dimensionalidade, como uma linha ou um plano de átomos. Esses materiais são um universo à parte”, explica o professor Afranio Pereira, do Departamento de Física da Universidade Federal de Viçosa, em Minas Gerais, e não participante do estudo.

Esses átomos assumem uma orientação específica quando imersos em um campo magnético, chamada spin e, geralmente, representada como uma seta. Um skyrmion surge quando as interações entre os átomos criam uma espécie de turbilhão magnético. Pode-se imaginá-los como um disco: as setas no seu centro apontam na direção oposta às da extremidade (Veja arte).

“Esses objetos são topológicos e possuem alta estabilidade. É muito difícil destruí-los após serem criados. Nesse sentido, podemos dizer que desfazer um skyrmion é tão difícil quanto desfazer um nó cego num barbante”, compara Pereira. “Os skyrmions são localizados, têm uma estrutura robusta e podem se mover sobre o plano magnético. Portanto, se comportam como se fossem partículas.”

Segundo o professor, esses objetos são conhecidos teoricamente desde as décadas de 1970 e 1980, mas a primeira observação direta de um skyrmion foi feita recentemente. A pesquisa foi descrita em 2010, na revista Nature, por uma equipe do instituto de pesquisa RIKEN, no Japão, liderada pelo pesquisador Yoshinori Tokura.

 

 

Localização controlada

 


No trabalho conduzido no MIT, a equipe conseguiu, pela primeira vez, controlar a criação de skyrmions em locais específicos de uma fita metálica. Um dos seus autores, Geoffrey Beach, está entre os primeiros pesquisadores a conseguir criar e mover os skyrmions em temperatura ambiente, embora sem tanta precisão antes do estudo atual.

Beach afirmou, em comunicado, que “uma das maiores peças que estavam faltando” para a utilização dos skyrmions no armazenamento de dados era a capacidade de criá-los onde e quando eram necessários. “Então, esse foi um resultado significativo. O que eles descobriram é uma forma muito rápida e eficiente de criar essas estruturas”, disse, referindo-se aos principais autores do artigo, Felix Buettner e Ivan Lemesh.

O segredo para controlar a localização dos skyrmions está em falhas presentes na superfície do material magnético. Os pesquisadores descobriram que, ao criar um tipo específico de defeito na fita metálica, as pseudopartículas ficam restritas a locais determinados. Isso é essencial para aplicações práticas. Por exemplo, como os dados são armazenados em computadores na forma de código binário, a presença de um skyrmion pode indicar o número 1, enquanto sua ausência, o 0.

“Visto que skyrmions possuem tamanhos da ordem de um nanômetro, cerca de 100 vezes menores que as peças elementares de informação dos discos rígidos atuais, as possíveis tecnologias baseadas nesses elementos poderiam aumentar a densidade de armazenamento de dados e informação em aproximadamente 100 vezes mais que as memórias magnéticas convencionais”, ressalta Pereira.

Eles são também muito robustos. Enquanto os domínios magnéticos ficam cada vez mais instáveis quando diminuem de tamanho, os skyrmions resistem a variações de temperatura e ações de campos magnéticos, elementos que costumam causar danos — muitas vezes sérios — nas memórias atuais.

Recuperação complexa
A tecnologia, porém, ainda possui limitações. Não há uma forma eficiente de recuperar os dados gravados em skyrmions. Isso pode ser feito, atualmente, usando técnicas de espectroscopia magnética, mas requer equipamentos complexos e caros demais para um computador.  “Ao tentar movimentar esses skyrmions ao longo da fita magnética, existe ainda um outro problema: eles tendem a se desviar para as bordas laterais da fita devido a um fenômeno conhecido como efeito Hall de skyrmion”, complementa Pereira. “Isso é muito ruim e parece que o grupo do professor Beach está tentando contornar o problema.” 

Para o professor, existem outros desafios que devem ser superados pelos físicos e tecnologistas para que os skyrmions possam virar estrelas na indústria e no mercado de celulares e computadores. “De fato, tal tecnologia, a skyrmiônica ou algo similar, deve ainda demorar alguns anos para ser completamente implementada”, diz.

*Estagiário sob supervisão de Carmen Souza


“Hoje, os físicos conseguem produzir materiais magnéticos de baixa dimensionalidade, como uma linha ou um plano de átomos. Esses materiais são um universo à parte” 
Afranio Pereira, professor do Departamento de Física da Universidade Federal de Viçosa (MG)

Comentários Os comentários não representam a opinião do jornal;
a responsabilidade é do autor da mensagem.