Por muito tempo, os skyrmions, minúsculos vórtices magnéticos com comportamento semelhante a partículas, conhecidos por sua eficiência no armazenamento de dados em comparação com os grânulos magnéticos tradicionais usados em discos rígidos, intrigaram a comunidade científica. Agora, um grupo de pesquisadores liderado por Takaaki Dohi, das universidades de Tohoku (Japão), Constança e Mainz (Alemanha), deu um passo significativo ao demonstrar a viabilidade de um computador funcional baseado em skyrmions.
Esse protótipo inicial é composto por finas camadas metálicas empilhadas, algumas com apenas algumas camadas atômicas de espessura, uma tecnologia que a equipe vinha desenvolvendo e já havia sido usada para combinar a computação de reservatório com a computação magnética. Embora ainda estejamos distantes de ter um processador magnético pleno, este trabalho representa um importante avanço ao transformar conceitos teóricos em uma realidade palpável, delineando os fundamentos para o desenvolvimento de um futuro processador magnético.
(Foto: Takaaki Dohi)
A computação magnética surgiu da propriedade magnética dos elétrons, conhecida como spin, levando ao desenvolvimento da spintrônica, que já está presente em diversos produtos avançados no mercado. A reunião de múltiplos spins pode resultar na criação de redemoinhos magnéticos chamados skyrmions, nomeados em homenagem ao físico teórico britânico Tony Skyrme, que os previu nos anos 1960. Embora os primeiros skyrmions tenham sido observados experimentalmente apenas cerca de uma década atrás, essas estruturas surgem em camadas finas de materiais metálicos magnéticos e são consideradas quasipartículas bidimensionais. Eles podem ser movidos deliberadamente com uma corrente elétrica, mas também exibem movimento aleatório altamente eficiente devido à difusão. A chave para a aplicação eficaz dessas estruturas como “bits magnéticos” está em combinar essas duas formas de controle.
Em materiais denominados antiferromagnetos, onde os spins dos átomos se alinham alternadamente, não há um momento magnético líquido, mas os spins permanecem bem ordenados antiferromagneticamente, tornando esses materiais ideais para a estabilidade dos skyrmions, que não colidem entre si como acontece em ferromagnetos. Um aspecto crucial deste trabalho foi mapear como a temperatura e o tamanho dos skyrmions afetam sua difusão e, consequentemente, seu movimento. Com o aumento da temperatura, os skyrmions ganham mais energia, resultando em uma difusão mais rápida. Além disso, o calor reduz o tamanho dos skyrmions, o que melhora sua mobilidade.
A compensação da componente de força vertical também desempenha um papel positivo na difusão. Os pesquisadores conseguiram criar um antiferromagneto sintético onde a difusão dos skyrmions é aproximadamente dez vezes mais eficiente do que em camadas individuais, o que abre possibilidades para a realização de computação estocástica baseada nesses processos aleatórios de movimento de partículas.
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