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Técnica de manipulação de elétrons permite computadores mais velozes

Novo dispositivo eletrônico em nanoescala manipula rotações dos elétrons e propicia maior rapidez e menor consumo de energia

Por Redação do IDG Now!

17/05/2007 às 16h52

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Novo dispositivo eletrônico em nanoescala manipula rotações dos elétrons e propicia maior rapidez e menor consumo de energia

Se as rotações dos elétrons da carga eletrônica dos computadores forem manipuladas, o desempenho será melhor e o consumo de energia menor, além do tamanho dos desktops diminuírem. Atualmente, os computadores armazenam e movimentam suas cargas através de semicondutores.

Spintronics é um termo em inglês utilizado para classificar aparelhos eletrônicos em nanoescala que manipulam a rotação dos elétrons. Esta manipulação é o que propicia maior rapidez e menor consumo de energia dos dispositivos.

Enquanto os spintronics são mais fáceis de serem feitos, utilizando materiais magnéticos, fazer o mesmo com semicondutores ainda é um desafio. Por enquanto, os dispositivos spintronic são feitos com materiais químicos, como gálio arsenieto. Apesar das dificuldades, o pesquisador Ian Appelbaum e sua equipe da Universidade de Delaware, acabaram de produzir o primeiro dispositivo spintronic baseado em silício.

De acordo com Appelbaum, os spintronics baseados em silício poderiam ser facilmente incorporados aos circuitos integrados atuais. Em teoria, as rotações de elétrons sobrevivem por muito mais tempo no silício.

As rotações de elétrons acontecem em duas direções: para cima e para baixo. Em eletrônicos baseados em rotações, estas flutuam aleatoriamente. Mas nos dispositivos spintronics, uma rotação para cima ou para baixo representaria um “1” ou um “0”.

Alguns formatos de spintronics já são utilizados em computadores. As cabeças de leitura de discos rígidos de computadores de alta capacidade utilizam um material baseado em um dispositivo spintronic chamado válvula de rotação.

A válvula contém uma camada de material não magnético, que fica entre duas camadas magnéticas. Uma delas se movimenta em uma única direção no campo magnético.

Quando a cabeça de leitura viaja pelos “1” e “0”, armazenada como um campo magnético no disco, os campos nas duas camadas magnéticas se movem de volta e adiante, se alinhando e desalinhando. Quando os campos magnéticos estão alinhados, os elétrons com rotações na mesma direção vazam através do dispositivo, que representa um bit 1.

O problema dos dispositivos spintronic tem sido medir a direção das rotações. Há muitas formas de inserir elétrons com rotações alinhadas no silício, mas não sem poder medir a rotação no material, não se sabe se os elétrons mantêm sua rotação no silício - abandonando o controle de sua rotação.

Em dispositivos de gálio arsenieto, é possível utilizar a luz para medir as rotações. O mesmo não é possível com o silício, área onde ainda se “tateia no escuro”.

Para detectar a rotação que sai do silício, a equipe de Appelbaum fez um detector com uma única estrutura em camadas: uma feita com níquel de ferro, que fica no topo de outra, de bronze, que é depositada em uma base de silício.

Uma camada de silício de 10 micrômetros largos fica no topo do detector, e por cima vem a parte de injeção de elétrons do chip. No injetor, elétrons com grande energia passam por uma camada magnética de ferro, que filtra todos os elétrons com uma rotação para baixo.

Os elétrons que rotacionam para cima passam através da camada de 10 micrômetros de silício e vão para o detector. Nele, se a direção do campo magnético da camada de níquel de ferro coincidir com a direção da rotação, os elétrons podem passar através da base de silício, levando à corrente atual. Mas se os pesquisadores alterarem a direção do campo magnético na camada de níquel de ferro, não há corrente.

A chave é a complexa estrutura em camadas do detector, que os pesquisadores produzem utilizando uma técnica especial para depositar o silício no topo da camada de níquel de ferro.

Muitos acreditam que o trabalho é uma demonstração experimental de um princípio, mas que não é um dispositivo prático. O que a pesquisa mostra é que as rotações podem sobreviver por 10 mícrons. Além disso, o trabalho é a primeira vez que rotações foram medidas no silício – um bom começo para spintronics baseados em silício.

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