Spintrônica: conheça a tecnologia que promete revolucionar os processadores
São Paulo - A spintrônica pode revolucionar os discos rígidos, memórias e processadores. Saiba mais sobre essa tendência.
Está cada vez mais difícil avançar no aumento de poder de processamento e na miniaturização dos componentes, driblando problemas de aquecimento e consumo de energia. Uma das áreas que podem trazer respostas a esses desafios é a chamada spintrônica, ciência que vem sendo desbravada por pesquisadores de todo mundo, inclusive do Brasil.
Enquanto a eletrônica clássica se preocupa com a carga dos elétrons, a spintrônica estuda o seu movimento de rotação, chamado spin (giro, inglês). Os elétrons podem rodar em diferentes sentidos - representados por setas para baixo ou para cima. Esse movimento gera uma espécie de campo magnético ao redor do elétron.
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Esta é a razão pela qual uma das primeiras áreas da computação a se beneficiar da spintrônica foi a de armazenamento de dados, fortemente ancorada no magnetismo. Em 1988, dois times de pesquisas independentes - um liderado por Peter Grünberg no Jülich Research Centre, e outro por Albert Fert na Universidade de Paris-Sud - fizeram a descoberta que é considerada o marco de nascimento da spintrônica: a magnetoresistência gigante (GMR, do inglês Giant Magnetoresistance).
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Em linhas gerais, os cientistas descobriram que manipulando os sentidos dos elétrons para alinhar os campos magnéticos - por meio de sanduíches de camadas de ferromagnéticas isoladas por uma camada não-magnética no meio -, era possível reduzir a resistência entre as camadas, reduzindo também o espaço entre elas.
Essa descoberta foi empregada nos leitores dos discos rígidos, possibilitando aumentar a capacidade dos dispositivos de armazenamento e ao mesmo tempo reduzir o seu tamanho. Portanto, o termo spintrônica pode soar estranho, mas ela provavelmente está em pleno funcionamento em um computador próximo a você.
A spintrônica também é a base das memórias MRAM (Magnetoresistive Random Access Memory), que ainda não chegaram ao mercado, mas estão em pesquisa há alguns anos. Elas serão capazes de congelar as atividades em andamento em um computador quando ele é desligado e recuperá-las quando ele é religado - ao contrário das memórias RAM atuais, que perdem os dados armazenados toda vez que o computador é desligado e por isso precisam passá-los para o HD e recuperá-los a cada reinicialização.
Isso significa que, com o auxílio da spintrônica, não precisaríamos mais ficar olhando para a tela preta, esperando o computador iniciar. “Seria como ligar uma TV”, explica o professor do Instituto de Física da Universidade de São Paulo, Valmir A. Chitta.
Mas a spintrônica não se limita apenas ao armazenamento de dados. Os pesquisadores apostam na manipulação da rotação dos elétrons para resolver os problemas de miniaturização, aumento de desempenho e redução de gasto de energia dos processadores.
Os chips atuais são constituídos de transistores, que funcionam como canais por onde fluem correntes de elétrons. A interrupção e a liberação deste fluxo é o que determina a lógica de funcionamento do chip, portanto pouco importa qual é o spin dos elétrons. Porém, os pesquisadores acreditam que manipulando o sentido de rotação dos elétrons que fluem dentro dos transistores será possível torná-los mais rápidos, reduzindo o consumo de energia.
“A energia necessária para alinhar o spin dos elétrons é muito menor do que a necessária para interromper o fluxo da corrente”, explica Chitta. Segundo o professor, o desafio para o desenvolvimento deste tipo de transistor está nos problemas de casamento dos materiais ferromagnéticos - fundamentais para o alinhamento do spin dos elétrons - com os semicondutores, base dos processadores atuais. “Há experiências bem-sucedidas, mas elas só funcionam a temperatura baixíssimas, o que inviabiliza comercialmente a tecnologia”, explica.
Além do armazenamento de dados e dos semicondutores, outra área deve se beneficiar dos princípios da spintrônica é a computação quântica, que poderá trazer a um único chip a capacidade de processar operações paralelas por meio do uso de qubits (ou bits quânticos), capazes de assumir valor 1 e 0 ao mesmo tempo (na computação clássica, um bit só pode ser 1 ou 0). A propriedade de spin dos elétrons pode fazer com que eles funcionem como qubits, mas este ainda é um território que está sendo desvendado pelos pesquisadores, segundo Chitta.
As pesquisas relacionadas à spintrônica no Brasil exploram todas essas possibilidades, de acordo com o professor. Alguns resultados já começam a aparecer. Recentemente, um aluno do terceiro ano do curso de engenharia eletrônica do Instituto Tecnológico de Aeronáutica (ITA), em São José dos Campos (SP), foi o único estudante de graduação a receber um dos cinco prêmios distribuídos durante a 1ª Conferência Internacional de Materiais e Tecnologias Spintrônicos, realizada na Inglaterra.
Ronaldo Rodrigues Pelá, estagiário do Laboratório de Guerra Eletrônica do ITA concorreu com mais de cem alunos de graduação e pós-graduação de outros países, e levou o prêmio com o trabalho “Modelando um transistor spintrônico”.
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