O conceito de um transistor magnetoelétrico é proposto – ideal para organizar memória de acesso aleatório

Um grupo de cientistas americanos propôs e testou o conceito de um transistor cujos estados são comutados sob a influência da magnetização elementar. Não é necessário aplicar tensão às portas desses transistores, o que acaba levando a um consumo de energia significativo. Todo o circuito opera em uma orientação controlada dos spins dos átomos da substância no substrato do transistor. Isso reduzirá o consumo e também permitirá a criação de células de memória ultracompactas.

Dependendo da direção dos spins dos átomos da substância substrato (setas vermelhas ou verdes), os elétrons na camada de grafeno se desviam para a esquerda ou para a direita. Fonte da imagem: Universidade de Buffalo / Materiais Avançados

O objetivo do trabalho, que foi publicado na revista Advanced Materials, era fornecer evidências de transporte dependente de spin confiável em uma monocamada de grafeno depositada em uma superfície de óxido de cromo antiferromagnético (AFM)/magnetoelétrico (Cr2O3). Em outras palavras, os cientistas se comprometeram a provar que em uma camada atomicamente fina de um material com condutividade eletrônica (por exemplo, grafeno, mas pode ser qualquer outro material 2D), é possível registrar com confiança sinais após esse material ser afetado por um efeito de rotação (magnético).

O grafeno, como qualquer outro material atomicamente fino, é interessante porque os elétrons nele se movem por distâncias relativamente longas sem alterar a orientação do spin (a direção do dipolo magnético). Em combinação com o óxido de cromo, surgiram propriedades interessantes do grafeno. A aplicação de uma pequena voltagem ao óxido de cromo alinhou os spins dos átomos desta substância em sua superfície no ponto de contato com o grafeno em uma orientação estritamente determinada dependendo da polaridade da voltagem aplicada: para cima quando uma voltagem positiva foi aplicada para o contato e para baixo quando uma tensão negativa foi aplicada.

Nesse caso, os elétrons na camada de grafeno que se encontram diretamente na superfície do óxido de cromo reagiram sensivelmente à mudança na orientação dos spins dos átomos de óxido de cromo. Ressaltamos que, como tal, não havia campo magnético ao redor da camada de grafeno. A resposta dos spins dos elétrons no grafeno foi exclusivamente para a orientação dos spins dos átomos do substrato. Em um caso, os spins do elétron no grafeno se desviaram juntos para a esquerda e, no outro caso, para a direita. E este sinal era claramente distinguível em temperaturas até a temperatura ambiente.

Como o transistor proposto opera sem correntes de comutação, ele pode manter o estado definido mesmo após a remoção da alimentação. Isso simplificará a organização das células de memória e dispositivos de armazenamento. No entanto, o conceito proposto e a escolha do grafeno, bem como do óxido de cromo para combiná-lo, é apenas o começo. Equipes de pesquisa em todo o mundo podem começar a realizar experimentos nessa direção, usando materiais que sejam de seu interesse. Trabalhar para um resultado comum levará a descobertas ainda mais surpreendentes.