Na
spintrônica, a informação é codificada através do spin do elétron, o qual pode
ser direcionado ao longo ou contra determinado eixo. Crédito: Universidade de
Hamburgo
Sob certas condições, a supercondutividade, que é
incompatível com o magnetismo, pode promover a magnetização. Natalya Pugach,
pesquisador russo da Lomonosov Moscow State
University, descobriu este efeito ainda não
explicado com seus colegas britânicos, cujo grupo foi chefiado pelo Professor Matthias Eschrig. Eles
sugerem que técnicas baseadas neste efeito podem acelerar futuros
supercomputadores baseados na spintrônica.
A equipe estudou as interações entre a supercondutividade
e a magnetização, a fim de compreender como controlar o spin dos elétrons. Na
microeletrônica tradicional, a informação é codificada através das cargas
elétricas. Na eletrônica de spin ou spintrônica, a informação é codificada
através do spin do elétron, que pode ser dirigido ao longo ou contra um
determinado eixo.
“Dispositivos supercondutores de spintrônica exigem
muito menos energia e emitem muito menos calor. Isso significa que esta
tecnologia irá permitir criar supercomputadores muito mais econômicos
e estáveis”, explica Natalya Pugach.
O principal obstáculo
ao desenvolvimento destes dispositivos é que os spins dos elétrons e de outras
partículas carregadas são muito difíceis de controlar. Os resultados desta
pesquisa indicam que supercondutores podem ser úteis no processo de transporte
de spin, e ferromagnéticos podem ser utilizados para controlar as rotações.
Supercondutores são
muito sensíveis a campos magnéticos fortes que podem até destruir a
supercondutividade, embora supercondutores expulsem campos magnéticos
completamente. É quase impossível fazer supercondutores comuns e materiais
magnéticos interagirem entre si, devido às suas direções opostas de ordenamento
magnético: em sistemas de armazenamento magnético, o campo magnético organiza os
spins em uma direção, mas o par de Cooper em supercondutores têm spins no
sentido oposto.
“Meus colegas experimentaram dispositivos
chamados válvulas de spin supercondutoras. Elas se parecem com um ‘sanduíche’ feito
de nanocamadas de material ferromagnético, supercondutor e outros metais. Ao
mudar a direção da magnetização, é possível controlar a corrente no
supercondutor. A espessura das camadas é crucial, porque no caso do
supercondutor espesso, é impossível observar qualquer efeito interessante”,
explica Natalya Pugach.
Durante os
experimentos, os cientistas bombardearam as amostras com múons (partículas que
se assemelham aos elétrons, mas são 200 vezes mais pesados) e analisaram sua
dispersão. Este método tornou possível entender
como a magnetização prossegue em diferentes camadas da amostra.
A válvula de spin consistia
de duas camadas ferromagnéticas de cobalto, uma camada supercondutora de nióbio
com uma espessura de cerca de 150 átomos e uma camada de ouro. No experimento,
os pesquisadores descobriram um efeito inesperado: quando as direções de
magnetização em duas camadas ferromagnéticas não são paralelas, a interação
entre essas camadas e a camada supercondutora induz a magnetização na camada de
ouro, saltando sobre o supercondutor. Quando os cientistas mudaram as direções
de magnetização nas duas camadas, tornando-as paralelas, este efeito quase
desapareceu, a intensidade do campo diminuiu 20 vezes.
“Este efeito foi inesperado. Nós ficamos muito
surpresos ao descobrir isso. Anteriormente, nós tentamos explicar os resultados
com um padrão de distribuição de magnetização conhecido, mas em vão. Temos
algumas hipóteses, mas nós ainda não temos nenhuma explicação completa. Não obstante,
este efeito nos permitiu usar um novo método de manipulações com spins”,
diz Natalya Pugach.
É bem possível que a
descoberta levará a conceitualmente a novos elementos em spintrônica. De acordo
com Natalya Pugach, tecnologias supercondutoras de spintrônica podem ajudar a
construir supercomputadores e servidores poderosos, minimizando o consumo de
energia e emissões de calor de supercomputadores atuais.
“As tecnologias de computador são baseados em
semicondutores, que são bons para computadores pessoais. Mas quando você usa
esses semicondutores para construir supercomputadores, que produzem calor e
ruído, eles exigem sistemas de refrigeração poderosos. A spintrônica poderia
resolver todos esses problemas”, Natalya Pugach conclui.
