Embora sem a devida divulgação, a spintrônica, neologismo criado para designar a nova tecnologia que revolucionou a informática, já faz parte de nosso cotidiano e está inserida nos discos rígidos dos computadores pessoais que utilizamos.
No Instituto de Física de São Carlos (IFSC), José Carlos Egues de Menezes, docente do grupo de Física Teórica, realiza estudos relacionados à spintrônica desde 1997. Neste período muitos avanços e conclusões importantes já foram conseguidos.
Mas, antes de começarmos pelos resultados atuais, falemos um pouco sobre a origem da nova tecnologia.
O nascimento do conceito
O elétron possui três características próprias: massa, carga e magnetismo. Denomina-se por “spin” a propriedade do elétron que diz respeito ao magnetismo. “O spin do elétron é como se fosse um pequeno imã e, dessa forma, pode se orientar na presença de um campo magnético – como uma bússola. Pensava-se que o magnetismo do elétron provinha de um giro intrínsico do mesmo (como a rotação da Terra), porém esta visão revelou-se errônea, mas o nome “spin” – palavra em inglês que significa “giro”- permaneceu. Daí o nome ‘spintrônica’, que estuda os fenômenos relacionados ao magnetismo do elétron”, explana Egues.
Para entender a spintrônica, faz-se necessário identificar sua origem, que data de 1988. Através da observação do efeito quântico, que vieram a denominar Magnetorresistência Gigante (GMR, sigla em inglês para “Giant Magnetoresistance”), os pesquisadores Albert Fert e Peter Grünberg estavam diante de um fenômeno que revolucionaria o armazenamento de dados nos computadores que utilizamos tão frequentemente.
“As informações que temos em nossos computadores são armazenadas no disco rígido (HD), em locais que chamamos de ‘domínios magnéticos’. O HD é como se fosse um disco, com várias bússolas (pequenos ‘imãs´), apontando em direções diferentes. A direção da bússola é que indica as diferentes informações armazenadas no HD. No entanto, para retirar as informações do disco, é preciso algum instrumento capaz de sentir o magnetismo dessas bússolas”, explica Egues.
Porém, um fio de leitura, composto por materiais convencionais, ao passar perto de uma dessas bússolas, preenchidas por informação, acusava uma pequena mudança de resistência – é a mudança da resistência deste fio que indica a leitura da informação armazenada no HD. “Em 1988, graças à GMR, essa mudança de resistência deixaria de ser pequena. Para conseguir-se a grande alteração da resistência, já não seria usado o fio de leitura usual. Foi inventado o sistema de multicamadas, que é como se fosse um sanduíche, composto por três ‘recheios’ diferentes. O primeiro material seria ferro-magnético, que é como se fosse um imã, composto de elétrons com seus spins apontando na mesma direção. Na terceira camada, também composta por material ferro-magnético, os elétrons podem estar apontando na mesma direção ou em direção oposta à da primeira camada, e é isso que dará a dica se há ou não informações depositadas no HD”, esclarece o docente.
O interessante desta descoberta foi a conclusão de que, quanto mais sensível fosse esse novo fio de leitura, mais informações poderiam ser depositadas num mesmo espaço, uma vez que, com o aumento da sensibilidade, as informações poderiam ser reconhecidas mesmo estando codificadas em ‘domínios magnéticos´ menores. “A descoberta fundamental do final da década de 80 foi um novo mecanismo de leitura, mais sensível, possibilitando que os HDs pudessem comportar mais informações”, explica Egues.
Uma nova era tecnológica
Menos de dez anos após essa descoberta, a nova tecnologia já estava nos computadores. “Discos rígidos de 200 GB, 500GB, não existiam antes de 1988, justamente porque não era possível ler uma grande quantidade de informação, mesmo que fosse possível armazená-las”, conta Egues.
E, enquanto os estudos de 1988 tiveram como base a construção de fios de leitura com materiais metálicos, uma década depois o foco virou-se para os materiais semicondutores. “O HD do computador não processa informações, quem faz isso é o chip, onde o silício, material semicondutor, é protagonista”, conta Egues. “A parte de armazenamento nos HDs é magnética, e se utiliza de metais. Já o processamento de informações se baseia no transporte de cargas do elétron em transistores, sem preocupar-se com a parte magnética. Mas, depois da descoberta da GMR, a qual é diretamente associada aos fenômenos envolvendo o spin, pesquisadores começaram a pensar se não era possível controlar a passagem de corrente nos chips, através do spin dos elétrons”.
Dessa forma, estudiosos pensaram que, se conseguissem que os elétrons que compõem os transistores pudessem ter suas propriedades magnéticas controladas, ou seja, que seus spins fossem manipulados, isso poderia resultar em um processamento mais rápido e menos custoso energeticamente. “Nos dispositivos eletrônicos convencionais, você controla a carga. Mas, no ‘transistor de spin´, você tenta controlar o magnetismo individual dos elétrons, pois custa menos, em termos de energia, girar o spin do elétron do que tentar arrastá-lo de um lado para o outro. Então, a ideia principal da nova spintrônica –ou spintrônica com semicondutores- já não está mais focada no HD do computador, mas sim no chip”, esclarece Egues.
A pesquisa no IFSC
Pode-se dizer que um dos objetivos das pesquisas que envolvem a spintrônica é tornar os computadores mais rápidos, com mais economia de energia. “A escolha por semicondutores é porque grande parte do que envolve a eletrônica, hoje, tem como base o silício, que é, justamente, um semicondutor”.
Até agora, tudo o que foi falado diz respeito ao processamento de informações usuais que acontecem nos computadores. No entanto, novos estudos buscam uma mudança radical na arquitetura dos computadores, que envolve, desta vez, a spintrônica, junto à mecânica quântica. “Nesse novo ‘computador quântico’, o spin seria o elemento ativo utilizado no processamento de informações. Nessa nova física, a linguagem binária, que só permite zeros ou uns, seria rompida, abrindo a possibilidade de uma linguagem que contenha zeros e uns, ao mesmo tempo. Com a possibilidade de trabalhar-se com zeros e uns simultaneamente, teríamos computadores muito mais rápidos, pois o processamento com zeros e uns ao mesmo tempo aumenta o paralelismo dos processadores” , afirma o docente.
No IFSC, o foco da pesquisa de Egues é propor novas formas de controlar o magnetismo dos elétrons. “Já existem vários grupos experimentais no mundo que conseguem manipular spins”, conta.
Em novembro de 2010, o docente organizou a “1ª Escola São Paulo de Ciência Avançada: Spintrônica e Computação Quântica” que tratou do tema e contou, inclusive, com a presença de Peter Grünberg, além de outros grandes nomes nacionais e internacionais da área, que proferiram palestras e discussões em torno do tema.
No Grupo, vários resultados interessantes já foram obtidos. “Sempre trabalhamos com vista na obtenção de resultados que possam ser experimentalmente realizados, ou seja, que possam ser medidos. Já obtivemos respostas significativas, divulgados em publicações relevantes da área”, conclui Egues.
Assessoria de Comunicação
Data: 18 de maio
