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Uma equipe internacional de pesquisadores da Universidade da Califórnia, Riverside, e do Instituto de Magnetismo em Kiev, na Ucrânia, desenvolveu um manual abrangente para dinâmica de spin de engenharia em nanoímãs – um passo importante para o avanço das tecnologias de informação quântica e spintrônica.
Apesar de seu tamanho pequeno, os nanoímãs – encontrados na maioria das aplicações spintrônicas – revelam uma rica dinâmica de excitações de spin, ou “magnons”, as unidades quânticas de flutuações de spin. Devido ao seu confinamento em nanoescala, um nanoímã pode ser considerado um sistema de dimensão zero com um espectro de magnon discreto, semelhante ao espectro de um átomo.
“Os magnons interagem uns com os outros, constituindo assim uma dinâmica de rotação não linear”, disse Igor Barsukov, professor assistente de física e astronomia na UC Riverside e autor correspondente do estudo publicado na revista. Revisão Física Aplicada. “A dinâmica de rotação não linear é um grande desafio e uma grande oportunidade para melhorar o desempenho das tecnologias spintrônicas, como memória de torque de rotação, osciladores e computação neuromórfica”.
Barsukov explicou que a interação de magnons segue um conjunto de regras – as regras de seleção. Os pesquisadores agora postularam essas regras em termos de simetrias de configurações de magnetização e perfis de magnon.
O novo trabalho continua os esforços para domar nanoímãs para tecnologias de computação de próxima geração. Em uma publicação anterior, a equipe demonstrou experimentalmente que simetrias podem ser usadas para engenharia de interações magnon.
“Reconhecemos a oportunidade, mas também percebemos que muito trabalho precisava ser feito para entender e formular as regras de seleção”, disse Barsukov.
Segundo os pesquisadores, um conjunto abrangente de regras revela os mecanismos por trás da interação magnon.
“Ele pode ser visto como um guia para laboratórios de spintrônica para depurar e projetar dispositivos nanomagnéticos”, disse Arezoo Etesamirad, o primeiro autor do artigo que trabalhou no laboratório Barsukov e recentemente se formou com doutorado em física. “Ele estabelece as bases para o desenvolvimento de um conjunto de ferramentas experimentais para neurônios magnéticos sintonizáveis, osciladores comutáveis, memória com eficiência energética e aplicações nanomagnéticas quânticas e outras de próxima geração”.
Barsukov e Etesamirad foram acompanhados na pesquisa por Rodolfo Rodriguez da UCR; e Julia Kharlan e Roman Verba do Instituto de Magnetismo em Kiev, Ucrânia.
O estudo foi financiado pela Fundação Nacional de Ciências dos EUA, Academia Nacional de Ciências da Ucrânia, Fundação Nacional de Pesquisa da Ucrânia, Centro Nacional de Ciências da Polônia e NVIDIA Corporation.
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