Em um futuro próximo, os computadores serão, sem dúvida, mais eficientes graças à spintrônica. Eles poderão ser menos gulosos - consumindo menos energia -, se os componentes spintrônicos também forem feitos de materiais supercondutores. Pensava-se ser isto impossível, mas, uma equipe de pesquisadores acaba de mostrar o contrário, fazendo uso de uma terra-rara, o hólmio.

Há algumas décadas, uma nova eletrônica está sendo gestada. Uma de suas áreas mais ativas de pesquisa é denominada spintrônica. Através desta, não se manipula os elétrons, somente porque têm uma carga elétrica, mas também porque os mesmos têm um spin (1/2 unidade de momento angular) e um momento magnético.

De fato, a mecânica quântica dota essas partículas elementares de propriedades que permitem considerá-las como uma espécie de pequenos rotores magnetizados. Colocadas em um campo magnético elas podem, então, se orientar em paralelo, ou não, a este campo. Se adotarmos uma convenção para associar a cada uma destas direções um "0" ou "1" podemos, em teoria, utilizar os elétrons para fazer memórias ou suportes para operações lógicas. A spintrônica já modificou nosso quotidiano. De fato, ela está no centro do fenômeno de magnetoresistência gigante (em inglês, GMR, para giant magnetoresistence), explorado pelas cabeças de leitura de discos rígidos, tendo permitido a miniaturização de memórias magnéticas. Acreditamos que a spintrônica tem o potencial de criar uma nova geração de computadores, ainda mais rápidos, consumindo menos energia. Este último ponto é muito importante, uma vez que se sabe que, só na Europa, os centros de tratamento de dados consomem quase 3% da energia produzida.


Pares de Cooper de spin diferente de zero

Entretanto, mesmo os computadores explorando esses spins dissipariam uma grande parte da energia utilizada sob forma de calor, devido às correntes de spin circulando nos dispositivos eletrônicos. O ideal seria que se utilizassem componentes combinando as vantagens da spintrônica e a de materiais supercondutores. Circulando sem resistência, as correntes não dissipam mais calor.

Uma amostra muito pura de hólmio, elemento químico de símbolo Ho e de número atômico 67, é uma terra-rara que se utiliza para a fabricação de ímãs e de supercondutores. Até recentemente pensava-se que era impossível. De fato, o que torna um material supercondutor é a formação de pares de Cooper, quer seja em um supercondutor convencional ou mais exóticos como os cupratos ou, talvez, com metamateriais. Ora, em um par de Cooper tradicional, os spins dos elétrons são antiparalelos, valendo respectivamente + 1/2 e - 1/2. Como esses valores são somados, o par de Cooper se comporta como uma partícula carregada de spin nulo. É evidente que não se pode fazer spintrônica com partículas que não tenham spin.

Mas existem outros pares de Cooper que estão no que é chamado estado triplete. Eles possuem um spin 1, porque os elétrons são paralelos. Físicos do Departamento de Ciência dos Materiais, da célebre Universidade de Cambridge, onde ensinam também Stephen Hawking e Michael Green, utilizaram estes pares de Cooper para fornecer uma prova da compatibilidade da supercondutividade com a spintrônica.


O hólmio, uma terra-rara para a spintrônica supercondutora

Em artigo publicado na Nature Communications, os pesquisadores explicam que empregaram para isso um metal do grupo das terras-raras, o hólmio (nome que vem de Holmia, para Estocolmo em latim). Como a maior parte das terras-raras, ele é extraído da monazita, que contém cerca de 0,05%, e possui o momento magnético mais alto de todos os elementos. O hólmio foi utilizado no "sanduíche" de camadas de materiais magnéticos e não magnéticos, usual em spintrônica, mas desta vez concebido para exibir uma fase supercondutora à baixa temperatura. Os pesquisadores mostraram que, graças ao hólmio, os pares de Cooper de spin diferente de zero, se formaram e puderam ser manipulados. No entanto, é preciso mostrar que, efetivamente, é possível fabricar memórias magnéticas desta maneira e encontrar a combinação ideal de materiais para que essas memórias sejam, de fato, superiores àquelas que já se sabe fazer.

Amostra altamente pura de hólmio, elemento químico de símbolo Ho e de número atômico 67. É uma terra-rara utilizada para a produção de imãs e supercondutores.

Créditos: Wikipédia.

De qualquer modo, o termo spintrônica não é mais um oximoro. Ainda mais quando se tem conhecimento de que a spintrônica é importante para a realização de computadores quânticos e que, uma das abordagens de pesquisa para se chegar aos mesmos, é fazer uso de circuitos supercondutores. Assim, é possível pensar que a spintrônica supercondutora está destinada a um futuro promissor. Uma única desvantagem: o hólmio, ao contrário das outras terras- raras, merece muito bem sua denominação, sendo seu preço bastante alto, comparável ao do ouro.

Futura-Sciences (Tradução - MIA).

Nota do Scientific Editor - O trabalho "Evidence for spin selectivity of triplet pairs in superconducting spin valves", que deu origem a esta notícia, é de autoria de N. Banerjee, C. B. Smiet, R. G. J. Smits, A. Ozaeta, F. S. Bergeret, M. G. Blamire and J. W. A. Robinson, tendo sido publicado no periódico Nature Communications, vol. 5, Article number 3048 (2014), DOI:10.1038/ncomms4048.


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