Abrindo caminho para uma memória de computador extremamente rápida e compacta #ÚltimasNotícias

AUSTIN, Texas — Por décadas, cientistas têm estudado um grupo de materiais incomuns chamados multiferroicos que podem ser úteis para uma série de aplicações, incluindo memória de computador, sensores químicos e computadores quânticos. Em um estudo publicado em Naturezapesquisadores da Universidade do Texas em Austin e do Instituto Max Planck para a Estrutura e Dinâmica da Material (MPSD) demonstraram que o material multiferróico em camadas iodeto de níquel (NiI₂) pode ser o melhor candidato até agora para dispositivos extremamente rápidos e compactos.

Multiferroicos têm uma propriedade peculiar chamada acoplamento magnetoelétrico, o que significa que você pode manipular propriedades magnéticas do material com um campo elétrico e vice-versa, propriedades elétricas com campos magnéticos. Os pesquisadores descobriram que NiI₂ tem maior acoplamento magnetoelétrico do que qualquer material espargido do gênero, o que o torna um candidato principal para avanços tecnológicos.

“Revelar esses efeitos na graduação de flocos de iodeto de níquel atomicamente finos foi um repto formidável”, disse Frank Gao, pesquisador de pós-doutorado em física na UT e coautor principal do item, “mas nosso sucesso representa um progresso significativo no campo dos multiferróicos”.

“Nossa invenção abre caminho para dispositivos magnetoelétricos extremamente rápidos e com reles consumo de pujança, incluindo memórias magnéticas”, acrescentou a estudante de pós-graduação Xinyue Peng, outra coautora principal do projeto.

Campos elétricos e magnéticos são fundamentais para nossa compreensão do mundo e para as tecnologias modernas. Dentro de um material, cargas elétricas e momentos magnéticos atômicos podem se ordenar de tal forma que suas propriedades se somam, formando uma polarização elétrica ou uma magnetização. Tais materiais são conhecidos uma vez que ferroelétricos ou ferromagnéticos, dependendo de qual dessas quantidades está em um estado ordenado.

No entanto, nos materiais exóticos que são multiferróicos, tais ordens elétrica e magnética coexistem. As ordens magnética e elétrica podem ser emaranhadas de tal forma que uma mudança em uma pretexto uma mudança na outra. Esta propriedade, conhecida uma vez que acoplamento magnetoelétrico, torna estes materiais candidatos atraentes para dispositivos mais rápidos, menores e mais eficientes. Para que tais dispositivos funcionem efetivamente, é importante encontrar materiais com acoplamento magnetoelétrico particularmente possante, uma vez que a equipe de pesquisa descreve fazer com NiI₂ em seu estudo.

Os pesquisadores conseguiram isso excitando o material com pulsos de laser ultracurtos na filete de femtossegundos (um milionésimo de um bilionésimo de segundo) e, portanto, rastreando as mudanças resultantes nas ordens elétrica e magnética do material e no acoplamento magnetoelétrico por meio de seu impacto em propriedades ópticas específicas.

Para entender por que o acoplamento magnetoelétrico é muito mais possante em NiI₂ do que em materiais semelhantes, a equipe realizou cálculos extensivos.

“Dois fatores desempenham papéis importantes cá”, disse o coautor Emil Viñas Boström do MPSD. “Um deles é o possante acoplamento entre o spin dos elétrons e o movimento orbital nos átomos de iodo — esse é um efeito relativístico espargido uma vez que acoplamento spin-órbita. O segundo fator é a forma pessoal da ordem magnética no iodeto de níquel, conhecida uma vez que lesma de spin ou hélice de spin. Essa ordenamento é crucial tanto para iniciar a ordem ferroelétrica quanto para a força do acoplamento magnetoelétrico.”

Materiais uma vez que NiI₂ com grande acoplamento magnetoelétrico têm uma ampla gama de aplicações potenciais, de negócio com os pesquisadores. Isso inclui memória magnética de computador que é compacta, energeticamente eficiente e pode ser armazenada e recuperada muito mais rápido do que a memória existente; interconexões em plataformas de computação quântica; e sensores químicos que podem prometer controle de qualidade e segurança de medicamentos nas indústrias química e farmacêutica.

Os pesquisadores esperam que essas descobertas inovadoras possam ser usadas para identificar outros materiais com propriedades magnetoelétricas semelhantes e que outras técnicas de engenharia de materiais possam levar a um aprimoramento suplementar do acoplamento magnetoelétrico em NiI.₂.

Nascente trabalho foi concebido e supervisionado por Edoardo Baldini, professor assistente de física na UT, e Angel Rubio, diretor do MPSD.

Os outros autores do item da UT são Dong Seob Kim e Xiaoqin Li. Outros autores do MPSD são Xinle Cheng e Peizhe Tang. Autores adicionais são Ravish K. Jain, Deepak Vishnu, Kalaivanan Raju, Raman Sankar e Shang-Fan Lee da Liceu Sinica; Michael A. Sentef da Universidade de Bremen; e Takashi Kurumaji do Instituto de Tecnologia da Califórnia.

O financiamento para esta pesquisa foi fornecido pela Instalação Robert A. Welch, pela Instalação Pátrio de Ciências dos EUA, pelo Escritório de Pesquisa Científica da Força Aérea dos EUA, pelo programa de pesquisa e inovação Horizon Europe da União Europeia, pelo Cluster de Primazia “CUI: Advanced Imaging of Matter”, Grupos Consolidados, pelo Meio Max Planck-New York City para Fenômenos Quânticos Não Equilibrados, pela Instalação Simons e pelo Ministério da Ciência e Tecnologia de Taiwan.