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A lógica magnética cria chips mutáveis

Lucy 2019-08-29 19:04:54
O software pode transformar um computador de um processador de texto em um triturador de números em um telefone com vídeo. Mas o hardware subjacente é inalterado. Agora, um tipo de transistor que pode ser comutado com magnetismo em vez de eletricidade também pode tornar os circuitos maleáveis, levando a dispositivos mais eficientes e confiáveis, de smartphones a satélites.

Os transistores, os interruptores simples no coração de todos os eletrônicos modernos, geralmente usam uma pequena tensão para alternar entre 'ligado' e 'desligado'. A abordagem de voltagem é altamente confiável e fácil de miniaturizar, mas tem suas desvantagens. Primeiro, manter a tensão requer energia, o que aumenta o consumo de energia do microchip. Segundo, os transistores devem ser conectados nos chips e não podem ser reconfigurados, o que significa que os computadores precisam de circuitos dedicados para todas as suas funções.

Um grupo de pesquisa baseado no Instituto de Ciência e Tecnologia da Coréia (KIST) em Seul, Coréia do Sul, desenvolveu um circuito que pode contornar esses problemas. O dispositivo, descrito em um artigo publicado no site da Nature em 30 de janeiro, usa magnetismo para controlar o fluxo de elétrons através de uma ponte minúscula do antimoneto de índio de material semicondutor (S. Joo et al. Nature http://dx.doi.org / 10.1038/nature11817; 2013). É "uma reviravolta nova e interessante sobre como implementar uma porta lógica", diz Gian Salis, físico do Zurich Research Laboratory da IBM na Suíça.

A ponte possui duas camadas: um convés inferior com excesso de orifícios com carga positiva e um convés superior preenchido predominantemente com elétrons com carga negativa. Graças às propriedades eletrônicas incomuns do antimoneto de índio, os pesquisadores podem controlar o fluxo de elétrons através da ponte usando um campo magnético perpendicular. Quando eles definem o campo em uma direção, os elétrons são afastados do convés inferior positivo e fluem livremente. Quando o campo magnético é invertido, os elétrons batem no convés inferior e se recombinam com os orifícios - desligando efetivamente o interruptor (consulte 'Trava magnética').


A capacidade de uma porta lógica magnética de manter o interruptor ligado ou desligado sem tensão "pode ​​levar a uma grande redução no consumo de energia", diz o co-autor do estudo Jin Dong Song, físico do KIST. Ainda mais impressionante, os interruptores magnéticos "podem ser manipulados como software", diz ele, simplesmente invertendo o campo para ativar ou desativar um circuito. Assim, um telefone celular poderia, por exemplo, reprogramar um pouco de seu microcircuito para processar o vídeo enquanto seu usuário assistia a um clipe no YouTube, e depois trocar o chip novamente para processar o sinal para atender uma ligação. Isso poderia reduzir bastante o volume de circuitos necessários dentro do telefone.

Essa lógica reconfigurável pode ter um valor inestimável para os satélites, acrescenta Mark Johnson, do Naval Research Laboratory, em Washington DC, coautor do artigo. Se parte de um chip falhar em órbita, outro setor pode ser simplesmente reprogramado para assumir o controle. "Você curou o circuito e o fez da Terra", diz ele.

Para realmente entender, no entanto, a lógica magnética teria que ser integrada às tecnologias existentes baseadas em silício. Isso pode não ser fácil. Por um lado, o antimoneto de índio, o semicondutor crucial para os circuitos, não se presta bem aos processos de fabricação usados ​​para fabricar eletrônicos modernos, de acordo com Junichi Murota, pesquisador que trabalha com nanoeletrônica na Universidade Tohoku, no Japão. Mas Johnson diz que pode ser possível construir pontes semelhantes com silício.

Integrar os ímãs em miniatura necessários para controlar os dispositivos em um chip normal também não seria fácil. As empresas devem ser capazes de resolver esses desafios, mas apenas se decidirem que os dispositivos valem a pena, diz Salis. No momento, ele acrescenta, não está claro se os dispositivos terão um bom desempenho nos tamanhos necessários para um chip prático - muito menor do que as dimensões em micrômetros dos protótipos.

Mas Johnson observa que o magnetismo já está se destacando no design de circuitos: alguns dispositivos avançados estão começando a usar uma versão magnética da memória de acesso aleatório, um tipo de memória que historicamente foi construída apenas com transistores convencionais. "Acho que uma mudança já está em andamento", diz ele.