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Mar 09, 2023

Novos transistores skyrmion impulsionam pesquisas quânticas e de IA

25 de maio de 2023 Este artigo

25 de maio de 2023

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pelo Conselho Nacional de Pesquisa de Ciência e Tecnologia

Em uma era marcada por uma crise energética crescente, o mundo está à beira de uma revolução transformadora na tecnologia de spintrônica, prometendo consumo de energia ultrabaixo combinado com desempenho superior. Para ilustrar o potencial, considere o seguinte: a energia consumida pelo AlphaGo durante seu famoso jogo Go em 2016 igualou o uso diário de energia de 100 residências. Em 2021, a IA de direção autônoma da Tesla exigia mais de dez vezes essa quantidade de energia para aprender.

Em resposta a essa demanda crescente, o Korea Research Institute of Standards and Science (KRISS) foi pioneiro no desenvolvimento do primeiro transistor do mundo capaz de controlar skyrmions. Este avanço abre caminho para o desenvolvimento de dispositivos de ultrabaixa potência de última geração e espera-se que faça contribuições significativas para a pesquisa quântica e de IA. As descobertas foram publicadas na revista Advanced Materials.

Os Skyrmions, dispostos em uma estrutura giratória semelhante a um vórtice, são únicos porque podem ser miniaturizados em vários nanômetros, tornando-os móveis com potência excepcionalmente baixa. Essa característica os posiciona como um elemento crucial na evolução das aplicações da spintrônica.

O crescimento explosivo da engenharia eletrônica no século 21 remonta à invenção do transistor em 1947 nos Laboratórios Bell nos Estados Unidos. Atuando como um amplificador e interruptor para correntes elétricas, o transistor tem sido fundamental no campo da engenharia eletrônica. A descoberta do skyrmion em 2009 desencadeou uma ampla pesquisa sobre um transistor baseado em skyrmion, mas a ausência de tecnologia essencial para controlar o movimento do skyrmion frustrou esses esforços.

Esse gargalo foi superado com o recém-desenvolvido transistor skyrmion da KRISS, que utiliza tecnologia proprietária para gerenciar eletronicamente o movimento de skyrmions criados em materiais magnéticos. Esta solução inovadora permite o controle preciso do fluxo ou parada do skyrmion, semelhante a como os transistores convencionais modulam a corrente elétrica.

Um aspecto crítico do gerenciamento do movimento magnético do skyrmion reside no controle da anisotropia magnética, que influencia a energia dos skyrmions. Pesquisas anteriores tentaram regular a anisotropia magnética por meio do movimento do oxigênio dentro dos dispositivos, mas falharam em obter um controle uniforme.

Superando esse desafio, o KRISS Quantum Spin Team desenvolveu um método inovador para controle uniforme de anisotropia magnética, aproveitando o hidrogênio dentro de isoladores de óxido de alumínio, marcando uma inovação mundial na implementação experimental de transistores skyrmion.

Este marco representa mais uma tecnologia fundamental para dispositivos spintrônicos, seguindo a conquista do instituto em 2021 na geração, exclusão e movimento de skyrmions. O advento do transistor spintrônico está definido para acelerar o desenvolvimento de dispositivos baseados em spintrônica, como dispositivos neuromórficos e lógicos, que oferecem vantagens substanciais no consumo de energia, estabilidade e velocidade em relação aos dispositivos eletrônicos tradicionais.

O Dr. Chan Yong Hwang, diretor do KRISS Quantum Technology Institute, disse: "As principais empresas coreanas estão concentrando seu foco em semicondutores de próxima geração que utilizam spintrônica para transcender as restrições dos atuais semicondutores de silício. Planejamos avançar na tecnologia relacionada à spintrônica ainda mais e incorporá-los em dispositivos semicondutores de próxima geração e tecnologia quântica."