Material bizarro e nunca antes visto pode conduzir a próxima geração de computadores

As empresas de tecnologia lançam constantemente seus telefones e computadores da 'próxima geração' com a promessa de que serão melhores do que nunca. Mas as atualizações do iPhone não podem ser comparadas com o que novo estudo prevê: Um computador de próxima geração feito com um material ultra-raro e nunca antes visto.



Depois de mais de 30 anos de pesquisas, uma equipe internacional de físicos e químicos descobriu um material com uma tríade de características raras e muito procuradas. Este material, KV3Sb5, tem o potencial de revolucionar o design de memória e processadores de computador - e está sacudindo os entendimentos fundamentais da física.

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Esta encontrando foi publicado sexta-feira no jornal Science Advances. A descoberta envolve a documentação de um efeito eletromagnético 'gigante' em um material já complicado e raro.



Mazhar Ali é o autor sênior do estudo e pesquisador do Instituto Max Planck de Física de Microestrutura. Ali conta Inverso que KV3Sb5 é algo chamado de 'ímã metálico frustrado'.



Um material como este tem sido muito procurado por cerca de 30 anos porque 'os teóricos especularam que a interação do magnetismo frustrado com os elétrons em viagem poderia resultar em propriedades exóticas, como supercondutividade não convencional e muito mais', disse Ali.

“Ímãs metálicos frustrados são muito, muito raros”, explica ele.

A estranheza de KV3Sb5 não parou por aí: ele também abriga um tipo especial de elétron chamado de ' Elétron de dirac , 'Disse Ali, o que significa que seus elétrons são muito mais rápidos e muito mais leves do que o seu elétron comum.

Juntamente com a maleabilidade do material - é fácil fragmentar em camadas individuais e cooperar durante a fabricação - e torna-se único.

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“Não há nenhum outro material de exemplo com essa combinação de características”, Ali comenta.

Como funciona - O efeito eletromagnético gigante que essas características combinadas tornam possível é algo chamado de efeito Hall anômalo (AHE.) Esse efeito se refere a uma maneira como os ímãs e a carga interagem e podem ser intrínsecos (ou seja, a estrutura do material determina como os elétrons se movem através dele) ou extrínsecos (em que certas características da estrutura criam mais dispersão).

Qualquer um desses AHEs mudará a forma como os elétrons se espalham pelo material, alterando assim a informação que é transportada.

'Há nenhum outro material de exemplo com esta combinação de características. '

Para explicar como exatamente isso se parece dentro deste material, Ali diz que podemos recorrer ao futebol para fazer uma analogia.

'Intrínseco é como se Christiano Ronaldo estivesse fazendo um passe curvo em torno de alguns zagueiros, sem colidir com eles, chutando a bola (o elétron) de uma forma especial', diz Ali.

'Extrínseco é como a bola quicando de um defensor - também conhecido como um elétron de um centro de dispersão magnética - e indo para o lado após a colisão. A maioria dos materiais dominados extrinsecamente tem um arranjo aleatório de defensores no campo - (como os) centros de dispersão situados aleatoriamente em todo o cristal. '

Ali explica que a maioria dos materiais dispostos extrinsecamente têm esses defensores espalhados aleatoriamente pelo campo (ou material). KV3Sb5, por outro lado, joga uma defesa mais fechada.

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'KV3Sb5 pertence a uma classe de materiais conhecida como ímãs de cluster', disse Ali. 'Tem defensores agrupados e dispostos em campo em um padrão especial ... Neste cenário, a bola se espalha para fora do grupo de defensores , ao invés de um único, e é mais provável que vá para o lado do que se apenas um estivesse no caminho. '

Em KV3Sb5, esse padrão é um triângulo de 3 centros de espalhamento magnético. Acredita-se que isso esteja subjacente a um mecanismo de dispersão de distorção de cluster de spin recentemente proposto, vinculado a AHE, que, Ali diz, foi demonstrado pela primeira vez neste material; porque tem os ingredientes certos para hospedar esse efeito. '

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E, como os elétrons em jogo neste material são elétrons de Dirac super-rápidos, Ali diz que isso é equivalente a Ronaldo chutando a bola em vez de um menino de 10 anos. O resultado? Um gigante AHE.

Como pode ser usado - Mas o que você pode fazer com um material tão especial? Uma opção que empolga os cientistas é substituir a platina na tecnologia de computação e memória.

“A mesma física que governa este AHE também deve conduzir o efeito de spin Hall, onde, em vez de um elétron ganhando a velocidade ortogonal, é apenas o spin do elétron”, explica Ali. 'Grandes efeitos de spin Hall em metais são muito procurados para aplicações spintrônicas como computação de próxima geração e tecnologia de memória.'

Esse tipo de tecnologia, diz Ali, já está disponível comercialmente - esta IBM e Everspin - mas essas tecnologias são baseadas em Platinum. Ele explica que encontrar uma alternativa barata e estável para a platina seria 'uma grande vitória' - e essa descoberta pode tornar isso possível.

Outro caminho interessante para os físicos explorarem, diz Ali, é se esse material poderia ou não superconduzir em baixas temperaturas - uma característica que, quando combinada com outros componentes, também beneficiaria o futuro da computação quântica.

Onde há um material super estranho e raro, eles esperam encontrar outro. Explorando ainda mais este material e outros semelhantes, os cientistas pretendem aprender mais sobre esse fenômeno fundamental da física.

Abstrato: O efeito Hall anômalo (AHE) é um dos fenômenos mais fundamentais da física. No regime altamente condutivo, os metais ferromagnéticos têm sido o foco de pesquisas anteriores. Aqui, relatamos um AHE extrínseco gigante em KV3Sb5, um semimetal esfolável e altamente condutor com quasipartículas de Dirac e uma rede Kagome de vanádio. Mesmo sem relato de ordem magnética de longo alcance, a condutividade Hall anômala atinge 15.507 Ω − 1 cm − 1 com uma razão Hall anômala de ≈ 1,8%; uma ordem de magnitude maior do que Fe. Desafiando as expectativas teóricas, KV3Sb5 mostra espalhamento de inclinação aprimorado que escala quadraticamente, não linearmente, com a condutividade longitudinal, possivelmente decorrente da combinação de quasipartículas de Dirac altamente condutivas com uma sub-rede magnética frustrada. Isso permite a possibilidade de atingir um ângulo de Hall anômalo de 90 ° em metais. Esta observação levanta questões fundamentais sobre AHEs e abre novas fronteiras para a exploração do efeito AHE e spin Hall, particularmente em ímãs metálicos frustrados.