🧲 Fim dos elétrons, chegou a vez dos magnons para chips incrivelmente mais rápidos e econômicos

Computadores que não aquecem mais e funcionam a uma velocidade fulgurante, enquanto consomem muito menos energia. Esta perspectiva poderá tornar-se realidade graças a uma descoberta surpreendente que relaciona dois fenómenos físicos fundamentais que até agora considerávamos distintos. Investigadores acabam de demonstrar como ondas magnéticas invisíveis podem gerar sinais elétricos no interior dos materiais, abrindo caminho para uma nova geração de tecnologias.

Nos dispositivos eletrónicos atuais, a informação viaja principalmente graças ao deslocamento dos elétrons, essas pequenas partículas carregadas que circulam nos circuitos. Este movimento encontra uma resistência natural, o que provoca um aquecimento e uma perda de energia significativa. Os cientistas exploram portanto alternativas mais eficazes, e é precisamente isso que torna a sua última descoberta tão promissora. Eles interessaram-se por ondas magnéticas particulares chamadas magnons, que poderiam revolucionar a nossa maneira de conceber os chips eletrónicos.


A equipa de investigação concentrou-se numa categoria específica de materiais onde as propriedades magnéticas se organizam de maneira alternada. Nessas estruturas, os magnons podem deslocar-se a frequências extremamente elevadas, potencialmente mil vezes mais rápidos do que nos ímanes clássicos. O desafio consistia em detetar e controlar essas ondas magnéticas, porque os seus efeitos pareciam anular-se mutuamente. Graças a simulações informáticas avançadas, os cientistas puderam observar um fenómeno inesperado: o movimento dos magnons gera uma polarização elétrica mensurável.

Esta conexão entre magnetismo e eletricidade abre possibilidades práticas consideráveis. Os investigadores explicam que se tornaria possível detetar os magnons medindo os sinais elétricos que eles produzem. Mais ainda, poder-se-ia utilizar campos elétricos externos, inclusive os da luz, para guiar o seu movimento. Eles imaginam dispositivos onde os condutores metálicos tradicionais seriam substituídos por canais de magnons, permitindo transmitir a informação muito mais rapidamente e com um desperdício energético mínimo.

A equipa desenvolveu um quadro matemático para compreender como o momento angular orbital dos magnons influencia o seu comportamento global. Eles descobriram que quando esta propriedade interage com os átomos do material, ela gera uma polarização elétrica. Aquecendo um lado do material mais do que o outro, eles observaram igualmente que os magnons migram das zonas quentes para as zonas frias, criando assim uma tensão elétrica detetável. Estes mecanismos oferecem agora aos cientistas ferramentas poderosas para prever e manipular o transporte das ondas magnéticas.

Os trabalhos continuam agora em laboratório, onde os investigadores testam experimentalmente as suas previsões teóricas. Eles estudam particularmente como os magnons interagem com a luz, procurando determinar se o momento angular da luz poderia servir para orientar ou detetar o movimento dos magnons. Estas investigações poderiam acelerar o desenvolvimento de tecnologias informáticas ultrarrápidas e extremamente económicas em energia, transformando duravelmente a nossa relação com os aparelhos eletrónicos.

O funcionamento dos magnons

Os magnons representam uma forma particular de ondas que se propagam através dos materiais magnéticos. Para compreender a sua natureza, é preciso imaginar os elétrons como pequenos ímanes cuja orientação pode ser modificada. Quando um elétron muda de direção, esta modificação transmite-se aos elétrons vizinhos, criando uma onda que atravessa o material sem necessitar do deslocamento físico das partículas.

Ao contrário do transporte de informação pelos elétrons móveis, os magnons veiculam os dados por mudanças de orientação sucessivas. Esta particularidade permite-lhes evitar as perdas de energia ligadas à resistência elétrica. Estas ondas podem atingir velocidades fenomenais, ultrapassando largamente as capacidades das tecnologias atuais.

O controlo dos magnons representa um desafio maior para as tecnologias futuras. Os investigadores trabalham para desenvolver métodos para guiar estas ondas magnéticas com precisão, nomeadamente utilizando campos elétricos ou luminosos. Este domínio abriria caminho para dispositivos onde a informação circularia quase sem fricção, reduzindo consideravelmente o consumo energético dos aparelhos eletrónicos.