Manipulando tomos para fazer computadores magnticos e simular a natureza

Eletrnica

Redação do Site Inovação Tecnológica – 08/05/2024

Computao magntica

O uso de materiais magnticos para construir componentes para computao, como memrias e processadores, surgiu como um caminho promissor para a criao de computadores “alm do CMOS” – a tecnologia da microeletrnica atual – que vo usar muito menos energia em comparao com os computadores tradicionais. A comutao da magnetizao em ms ultraminiaturizados pode ser usada em computao da mesma forma que um transstor muda de ligado para desligado para representar os 0s e 1s do cdigo binrio.

Mas esse caminho se bifurca, sendo possvel trabalhar com materiais magnticos 3D ou com materiais magnticos 2D, estes ltimos muito promissores por estarem no limite da miniaturizao e consumirem ainda menos energia – eles so tecnicamente conhecidos como ms bidimensionais de van der Waals.

Isto j possvel em escala de laboratrio, mas seu uso prtico vinha tropeando no fato de que esses materiais 2D operam apenas em temperaturas muito baixas, como os supercondutores.

Transstor magntico

Agora, pesquisadores alcanaram esse marco crtico criando uma “heteroestrutura em camadas atmicas de van der Waals”, onde um m chamado telureto de ferro e glio (Fe₃GaTe₂) faz interface com outro material 2D, o ditelureto de tungstnio (WTe₂). Esse m pode ser alternado entre os estados 0 e 1 simplesmente aplicando pulsos de corrente eltrica atravs de suas duas camadas.

“Nosso componente permite uma comutao robusta da magnetizao sem a necessidade de um campo magntico externo, abrindo oportunidades sem precedentes para uma tecnologia de computao de consumo ultrabaixo e ambientalmente sustentvel para megadados e IA,” disse Deblina Sarkar, do MIT. “Alm disso, a estrutura em camadas atmicas do nosso dispositivo oferece recursos exclusivos, incluindo interface aprimorada e possibilidades de ajuste de tenso de porta, bem como tecnologias spintrnicas flexveis e transparentes.”

Memrias e processadores de computador construdos com materiais magnticos usam menos energia do que os dispositivos tradicionais baseados em silcio. E os ms de van der Waals podem oferecer maior eficincia energtica e melhor escalabilidade em comparao com o material magntico a granel, observam os pesquisadores, que agora pretendem analisar outros materiais de van der Waals de baixa simetria para ver se eles podem reduzir ainda mais a densidade de corrente.

Simuladores e processadores qunticos

Li Du e seus colegas, tambm do MIT, conseguiram outro avano com ainda mais potencial de impacto, j que poder trazer resultados no apenas para a computao clssica convencional, mas tambm para a computao quntica e, sobretudo, para processadores qunticos especializados, conhecidos como simuladores qunticos.

A proximidade fundamental para a maioria dos fenmenos qunticos, j que as interaes entre os tomos so mais fortes quando eles esto mais prximos. Isto feito resfriando os tomos at que eles fiquem praticamente imveis e, em seguida, usando luz laser para posicionar as partculas a uma distncia de at 500 nanmetros – um limite que definido pelo comprimento de onda da luz.

Agora, trabalhando com tomos de disprsio, que o tomo mais magntico da natureza, Du e seus colegas usaram uma nova abordagem para manipular duas camadas desses tomos de disprsio com preciso suficiente para posicion-los a apenas 50 nanmetros uns dos outros – em vez de manipular os tomos usando luz, as camadas que so manipuladas. Nessa proximidade extrema, as interaes magnticas so 1.000 vezes mais fortes do que quando os tomos esto separados pela distncia padro de 500 nanmetros.

Alm disso, os cientistas conseguiram medir dois novos efeitos causados pela proximidade dos tomos. Suas foras magnticas aumentadas causaram a “termalizao”, ou a transferncia de calor de uma camada para outra, bem como oscilaes sincronizadas entre as camadas. Esses efeitos desapareceram medida que as camadas so espaadas.

A nova tcnica pode ser aplicada a muitos outros tomos para estudar fenmenos qunticos. Por sua vez, a equipe planeja usar sua abordagem para manipular os tomos de disprsio em configuraes que podero gerar a primeira porta quntica puramente magntica – um alicerce fundamental para os to esperados computadores magnticos ou para um novo tipo de computador quntico.

Enquanto isso, outras equipes podero colocar tomos de outros elementos em interao para criar simuladores qunticos, tipos mais especializados de processadores destinados a fazer na prtica coisas que nenhum simulador computadorizado consegue fazer – reproduzir a natureza diretamente, abrindo caminho para a compreenso da matria e para a criao de novos materiais.

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