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Numa nova descoberta, os investigadores usaram uma nova técnica para confirmar um fenómeno físico anteriormente não detectado que poderia ser usado para melhorar o armazenamento de dados na próxima geração de dispositivos informáticos.
As memórias spintrônicas, como as usadas em alguns computadores e satélites de alta tecnologia, usam estados magnéticos gerados pelo momento angular intrínseco de um elétron para armazenar e ler informações. Dependendo do seu movimento físico, o spin de um elétron produz uma corrente magnética. Conhecido como “efeito Spin Hall”, isso tem aplicações importantes para materiais magnéticos em muitos campos diferentes, desde a eletrônica de baixa potência até a mecânica quântica fundamental.
Mais recentemente, os cientistas descobriram que os electrões também são capazes de gerar electricidade através de um segundo tipo de movimento: o momento angular orbital, semelhante à forma como a Terra gira em torno do Sol. Isso é conhecido como “efeito Hall orbital”, disse Roland Kawakami, coautor do estudo e professor de física na Universidade Estadual de Ohio.
Os teóricos previram que, ao usar metais de transição leves – materiais que têm correntes Hall de spin fracas – as correntes magnéticas geradas pelo efeito Hall orbital seriam mais fáceis de detectar fluindo ao lado deles. Até agora, detectar diretamente tal coisa tem sido um desafio, mas o estudo, liderado por Igor Lyalin, estudante de graduação em física, e publicado hoje na revista Cartas de revisão física,mostrou um método para observar o efeito.
“Ao longo das décadas, tem havido uma descoberta contínua de vários efeitos Hall”, disse Kawakami. “Mas a ideia destas correntes orbitais é realmente nova. A dificuldade é que eles estão misturados com correntes de spin em metais pesados típicos e é difícil diferenciá-los.”
Em vez disso, a equipe de Kawakami demonstrou o efeito Hall orbital refletindo luz polarizada, neste caso, um laser, em vários filmes finos do metal leve cromo para sondar os átomos do metal em busca de um potencial acúmulo de momento angular orbital. Depois de quase um ano de medições meticulosas, os pesquisadores conseguiram detectar um sinal magneto-óptico claro que mostrou que os elétrons reunidos em uma extremidade do filme exibiam fortes características de efeito Hall orbital.
Esta detecção bem-sucedida pode ter enormes consequências para futuras aplicações de spintrônica, disse Kawakami.
“O conceito de spintrônica existe há cerca de 25 anos e, embora tenha sido muito bom para diversas aplicações de memória, agora as pessoas estão tentando ir mais longe”, disse ele. “Agora, um dos maiores objetivos da área é reduzir a quantidade de energia consumida porque esse é o fator limitante para aumentar o desempenho”.
A redução da quantidade total de energia necessária para que os futuros materiais magnéticos funcionem bem poderia potencialmente permitir menor consumo de energia, velocidades mais altas e maior confiabilidade, bem como ajudar a prolongar a vida útil da tecnologia. A utilização de correntes orbitais em vez de correntes de spin poderia economizar tempo e dinheiro a longo prazo, disse Kawakami.
Observando que esta pesquisa abre uma maneira de aprender mais sobre como esses estranhos fenômenos físicos surgem em outros tipos de metais, os pesquisadores dizem que querem continuar investigando a complexa conexão entre os efeitos Hall de spin e os efeitos Hall orbitais.
Os co-autores foram Sanaz Alikhah e Peter M. Oppeneer da Universidade de Uppsala e Marco Berritta da Universidade de Uppsala e da Universidade de Exeter. Este trabalho foi apoiado pela National Science Foundation, pelo Conselho Sueco de Pesquisa, pela Infraestrutura Nacional Sueca para Computação e pela Fundação K. e A. Wallenberg.
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