Tecnologia com menor consumo e maior densidade: o que nanofitas podem fazer por nossos dados

Uma equipe liderada pelo Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas (CBPF) publicou, em julho de 2025, na revista Nano Letters, uma pesquisa inovadora que revela como nanofitas dos materiais Fe₃GeTe₂ e Fe₃GaTe₂ apresentam magnetismo em suas bordas, capaz de ser controlado eletricamente com baixo consumo de energia. A descoberta projeta um avanço promissor no desenvolvimento de memórias magnéticas, como discos rígidos (HDDs), mais eficientes.

O artigo é do grupo formado por Ramon Cardias, pesquisador do CBPF, R. B. Muniz e Márcio Costa, professores da Universidade Federal Fluminense (UFF), e os cientistas suecos Anders Bergman (Uppsala University) e Hugo U. R. Strand (Örebro University).

Ramon Cardias, pesquisador do CBPF - Crédito: NCS/CBPF

Sobre a motivação pelo estudo desses materiais ferromagnéticos, Cardias explicou que o fato de serem constituídos em camadas, que podem ser esfoliados com relativa facilidade para obtenção de filmes ultrafinos, foi um dos principais atrativos.

“Além disso, o caráter ferromagnético desses materiais é mantido mesmo quando reduzidos a uma camada elementar composta por apenas cinco planos atômicos. A magnetização desses materiais tem orientação perpendicular às camadas, uma característica que é útil para aumentar a densidade de gravação em meios magnéticos e que, além disso, se mantém em temperaturas relativamente elevadas. Essas propriedades tornam esses materiais muito promissores para aplicações em dispositivos spintrônicos, como transistores de túnel magnético (MTT) e memórias MRAM” (Magnetoresistive Random Access Memory), avalia.

Para alcançar os resultados, a equipe tomou como base cálculos de estrutura eletrônica baseados em primeiros princípios, determinação das interações efetivas entre os momentos magnéticos constituintes desses materiais e simulações de dinâmicas de spin, incluindo torques magnéticos causados por agentes externos. Durante as simulações, a equipe obteve um resultado inesperado: a presença de magnetismo não-colinear nas bordas, algo surpreendente para um material essencialmente ferromagnético.

Simplificando os conceitos

Imagine que o momento magnético de cada átomo é representado por uma pequena seta, cujo comprimento é proporcional à intensidade do momento magnético. A direção desse momento é especificada pela inclinação reta que contém a seta, e seu sentido é estipulado pela orientação da ponta da seta. Na representação dos materiais ferromagnéticos, todas essas setas têm a mesma direção (segmentos de retas paralelas) e apontam no mesmo sentido. Já em configurações antiferromagnéticas, todas as setas têm a mesma direção, porém, as setas representando momentos magnéticos localizados em sítios vizinhos apontam em sentidos opostos. Uma configuração magnética onde a direção dos momentos varia é chamada não-colinear.

Crédito: Arte de Steffany Martins dos Santos.

No estudo, verificou-se que, longe das bordas, os momentos magnéticos seguem alinhados — como esperado para um ferromagneto. No entanto, próximo às extremidades da nanofita, esses momentos passam a apontar em diferentes direções, revelando uma estrutura não-colinear localizada. Esse comportamento pode gerar propriedades de transporte de elétrons específicas apenas nas bordas do material.

“Essa característica facilita a manipulação da magnetização da fita, possibilitando sua reversão de forma mais eficiente e, assim, aprimorando o desempenho de dispositivos de memória que utilizam esses materiais”, explica Cardias.

Resultados e impactos

A possibilidade de reverter a magnetização com correntes muito baixas pode ter impactos significativos em futuras tecnologias, como dispositivos de armazenamento e processamento de dados em meios magnéticos. Esse efeito reduz o aquecimento das nanoestruturas, permitindo maior densidade de gravação sem comprometer o funcionamento do dispositivo.

Entre os benefícios observados, Cardias destaca a possibilidade de usar o efeito para injetar correntes de spin com polarização em múltiplas direções em camadas magnéticas adjacentes: “Dessa forma, é possível manipular com mais facilidade a magnetização da camada magnética adjacente e construir dispositivos que chamamos de Spin Orbit Torque Devices, que podem ser usados em memórias magnéticas de acesso aleatório não volátil, conhecidas como MRAMs”, explica.

A miniaturização de unidades de memória e a eficiência na manipulação de suas magnetizações são objetivos essenciais para melhorar dispositivos de armazenagem e processamento de informação.

Para Ramon, os resultados obtidos nessa investigação incentivaram pesquisadores do CBPF a realizar experimentos com esses materiais, visando validar algumas das previsões feitas e explorar outros fenômenos em sistemas similares: “Pretendemos explorar o comportamento magnético de nanoestruturas desses materiais com morfologia distinta das nanofitas”.

As características identificadas pela equipe e publicadas na Nano Letters consolidam os materiais Fe₃GeTe₂ e Fe₃GaTe₂ como candidatos promissores para o desenvolvimento de memórias e dispositivos magnéticos de baixíssimo consumo, com potencial para impactar diretamente o futuro das tecnologias de informação.

Mais informações:

Artigo: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.5c01890