Nasce o primeiro componente orbitrônico puro

 

[Imagem: Mathias Kläui/JGU]

Pela primeira vez, uma corrente orbital foi explorada diretamente de forma eficiente - a corrente orbital gerada no cobre (Cu*) acopla-se aos momentos orbitais no óxido de cobalto (CoO).

Da eletrônica à orbitrônica

A eletrônica funciona com base no movimento dos elétrons, enxurradas deles. Depois veio a spintrônica, que funciona com um aspecto magnético do elétron, o seu spin. Agora está emergindo a orbitrônica, que promete gastar muito menos energia ao funcionar com base nos momentos orbitais dos elétrons, que podem ser descritos em termos simplificados como "vórtices" de elétrons ao redor dos núcleos atômicos.

E esse desenvolvimento da orbitrônica acaba de receber um impulso decisivo com a descoberta de um meio de utilizar diretamente as correntes orbitais, dispensando a conversão da corrente orbital em corrente de spin, que era necessária até agora.

"Deste modo, conseguimos concretizar a primeira abordagem de dispositivo puramente orbitrônico," comemorou a professora Christin Schmitt, da Universidade de Mainz, na Alemanha. "Pela primeira vez, conseguimos acoplar diretamente momentos orbitais móveis com momentos orbitais localizados em um ímã. Ao fazer isso, alcançamos um marco na orbitrônica e lançamos as bases para um armazenamento de dados significativamente mais eficiente em termos de energia."

E fazer a coisa diretamente teve um impacto até maior do que o esperado: Sinais orbitrônicos manipulados diretamente, sem precisar passar pela spintrônica, revelaram-se 100 vezes mais fortes do que aqueles obtidos com os componentes indiretos fabricados até agora. E há espaço para melhorias.

Estrutura e princípio de funcionamento do primeiro componente orbitrônico puro.
[Imagem: Christin Schmitt et al. - 10.1126/science.adw1808]

Componente orbitrônico puro

A orbitrônica é uma tecnologia promissora para futuros dispositivos de memória porque permite criar mídias de armazenamento em larga escala com um consumo de energia extremamente baixo.

Ela pode se basear em dois fenômenos de natureza quântica: Nos momentos orbitais, os tais vórtices dos elétrons ao redor dos núcleos atômicos, bem como em correntes orbitais, ou seja, no movimento desses vórtices através de um condutor elétrico. E essas correntes orbitais são ordens de magnitude mais fortes do que as correntes de spin.

O problema era que, até agora, as correntes orbitais tinham que ser convertidas em correntes de spin para serem usadas, por exemplo, para escrever ou ler de um dispositivo de memória, o que eliminava os ganhos.

O avanço da equipe baseou-se em uma estrutura que combina óxido de cobalto como antiferromagneto isolante com uma camada de cobre, que reagiu na superfície para formar óxido de cobre.

Já se sabia que correntes orbitais se formam na camada de cobre-óxido de cobre e se propagam em direção ao óxido de cobalto. O avanço consistiu em acoplar os momentos orbitais móveis no cobre - que formam a corrente orbital - aos momentos orbitais localizados no cobalto. Esse acoplamento é necessário para ler informações magnéticas: Dependendo de como os momentos orbitais no cobre e no cobalto estão alinhados entre si, um "0" ou um "1" é representado.

"O acoplamento tornou-se possível porque usamos um ímã dominado pelo momento angular orbital, enquanto estudos anteriores sempre se basearam em ímãs dominados pelo spin," esclareceu Schmitt.

Bibliografia:

Artigo: Orbital magnetoresistance in the antiferromagnet CoO driven by dynamic orbital angular momentum
Autores: Christin Schmitt, Sachin Krishnia, Mahmoud Zeer, Edgar Galíndez-Ruales, Mehak Loyal, Jonas Köhler, Luca Micus, Takashi Kikkawa, Hiroki Arisawa, Thibaud Denneulin, András Kovács, Renyou Xu, Duc Tran, Florian Kronast, Dongwook Go, Leonid V. Pourovskii, Rafal E. Dunin-Borkowski, Timo Kuschel, Marjana Lezaic, Jairo Sinova, Eiji Saitoh, Gerhard Jakob, Olena Gomonay, Yuriy Mokrousov, Mathias Klaui
Revista: Science
DOI: 10.1126/science.adw1808

Nasce o primeiro componente orbitrônico puro