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Tecnologia

Computação super rápida é inventada por cientistas sem a necessidade de energia

A invenção permite armazenamento ultra rápido de informações com eficiência energética sem precedentes.

Crédito: Brad Baxley

A invenção utiliza ímãs para registrar dados de computador que consomem praticamente zero de energia, resolvendo o dilema de como criar velocidades de processamento de dados mais rápidas sem os altos custos de energia associados.

Os atuais servidores de data center consomem entre 2 e 5% do consumo global de eletricidade, produzindo calor que, por sua vez, requer mais energia para resfriar os servidores.

O problema é tão agudo que a Microsoft submergiu centenas de seus serviços de data center no oceano, em um esforço para mantê-los refrigerados e cortar custos.

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A maioria dos dados é codificada como informação binária (0 ou 1, respectivamente) através da orientação de minúsculos ímãs, chamados spins, em discos rígidos magnéticos. A cabeça de leitura/gravação magnética é usada para definir ou recuperar informações usando correntes elétricas que dissipam grandes quantidades de energia.

Agora, uma equipe internacional publicou na Nature informando que resolveu o problema substituindo a eletricidade por pulsos de luz extremamente curtos — a duração de um trilionésimo de segundo — concentrados por antenas especiais no alto de um ímã.

Este novo método é super rápido, mas tão eficiente energeticamente que a temperatura do ímã não aumenta de maneira alguma.

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Eles demonstraram esse novo método pulsando um ímã com rajadas de luz ultracurtas (a duração de um milionésimo de um milionésimo de segundo) em frequências no infravermelho distante, a chamada faixa espectral de terahertz.

No entanto, mesmo as fontes mais fortes existentes da luz terahertz não forneceram pulsos fortes o suficiente para mudar a orientação de um ímã até o momento.

O avanço foi alcançado utilizando o eficiente mecanismo de interação do acoplamento entre os spins e o campo elétrico de terahertz, que foi descoberto pela mesma equipe.

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Os cientistas então desenvolveram e fabricaram uma antena muito pequena no topo do imã para se concentrar e, assim, aumentar o campo elétrico da luz. Esse campo elétrico local mais forte era suficiente para navegar a magnetização do imã até sua nova orientação em apenas um trilionésimo de segundo.

A temperatura do imã não aumentou de forma alguma, já que este processo requer energia de apenas um quantum da luz terahertz (um fóton) por spin.

O dr. Mikhaylovskiy disse: “A baixa perda de energia registrada torna esta abordagem escalável.

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Futuros dispositivos de armazenamento também explorariam a excelente definição espacial de estruturas de antenas, permitindo memórias magnéticas práticas com velocidade e eficiência de energia simultaneamente máximas.”

Ele planeja realizar mais pesquisas usando o novo laser ultrarrápido da Universidade de Lancaster, juntamente com aceleradores do Instituto Cockroft, que são capazes de gerar intensos pulsos de luz para permitir a troca de ímãs e determinar os limites práticos e fundamentais de velocidade e energia da gravação magnética. [Phys]

Temporal and spectral fingerprints of ultrafast all-coherent spin switching, Nature (2019). DOI: 10.1038/s41586-019-1174-7, https://www.nature.com/articles/s41586-019-1174-7

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