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Um grupo de pesquisadores fez um avanço significativo que poderia revolucionar a eletrônica da próxima geração, permitindo a não volatilidade, integração em grande escala, baixo consumo de energia, alta velocidade e alta confiabilidade em dispositivos spintrônicos.
Detalhes de suas descobertas foram publicados na revista Revisão Física B em 25 de agosto de 2023.
Dispositivos spintrônicos, representados por memória magnética de acesso aleatório (MRAM), utilizam a direção de magnetização de materiais ferromagnéticos para armazenamento de informações e dependem da corrente de spin, um fluxo de momento angular de spin, para leitura e gravação de dados.
A eletrônica de semicondutores convencionais enfrentou limitações para alcançar essas qualidades.
No entanto, o surgimento de dispositivos spintrônicos de três terminais, que empregam caminhos de corrente separados para escrita e leitura de informações, apresenta uma solução com redução de erros de escrita e aumento da velocidade de escrita. No entanto, o desafio de reduzir o consumo de energia durante a escrita de informação, especificamente a comutação de magnetização, continua a ser uma preocupação crítica.
Um método promissor para mitigar o consumo de energia durante a escrita de informações é a utilização do efeito spin Hall, onde o momento angular de spin (corrente de spin) flui transversalmente à corrente elétrica. O desafio reside na identificação de materiais que apresentem um efeito spin Hall significativo, uma tarefa que tem sido dificultada pela falta de diretrizes claras.
“Voltamos nossa atenção para um composto único conhecido como cobalto-estanho-enxofre (Co3Sn2S2), que exibe propriedades ferromagnéticas em baixas temperaturas abaixo de 177 K (-96 °C) e comportamento paramagnético à temperatura ambiente”, explica Yong-Chang Lau e Takeshi Seki, ambos do Instituto de Pesquisa de Materiais (IMR), Universidade de Tohoku e co. -autores do estudo. “Notavelmente, Co3Sn2S2 é classificado como um material topológico e exibe um notável efeito Hall anômalo quando faz a transição para um estado ferromagnético devido à sua estrutura eletrônica distinta.”
Lau, Seki e colegas empregaram cálculos teóricos para explorar os estados eletrônicos do Co ferromagnético e paramagnético3Sn2S2, revelando que a dopagem eletrônica aumenta o efeito spin Hall. Para validar esta previsão teórica, filmes finos de Co3Sn2S2 parcialmente substituídos por níquel (Ni) e índio (In) foram sintetizados. Esses experimentos demonstraram que Co3Sn2S2 exibiu o efeito Hall anômalo mais significativo, enquanto (Co2Ni)Sn2S2 exibiu o efeito spin Hall mais substancial, alinhando-se estreitamente com as previsões teóricas.
“Descobrimos a intrincada correlação entre os efeitos Hall, fornecendo um caminho claro para a descoberta de novos materiais spin Hall, aproveitando a literatura existente como guia”, acrescenta Seki. “Esperamos que isso acelere o desenvolvimento de dispositivos spintrônicos com consumo de energia ultrabaixo, marcando um passo fundamental em direção ao futuro da eletrônica.”
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