Eletrônica

Computadores com boot instantâneo

Redação do Site Inovação Tecnológica - 12/09/2002

Pesquisadores dos Laboratórios Sandia (Estados Unidos) desenvolveram uma técnica que permitirá a fabricação de memórias não voláteis para computadores, melhores catalisadores químicos e nanodispositivos mais eficientes.

A técnica permite a deposição de camadas planas e ultrafinas de metais sobre camadas de óxidos também extremamente finas. A pequena espessura da deposição diminui o custo de material e requer menos eletricidade para produzir campos magnéticos. Com memórias de computador não voláteis, de funcionamento instantâneo, poder-se-á chegar a computadores que se inicializem de forma imediata, tornando-se disponíveis aos usuários assim que são ligados. A mesma técnica também poderá ser utilizada para a produção de catalisadores mais baratos, melhores selos mecânicos ou cerâmicos e mesmo facilitar a produção de nanodispositivos.

A técnica elimina a aglomeração de átomos metálicos em ilhas tridimensionais quando depositados sobre superfícies de óxidos. Estas pequenas bolhas metálicas são um problema porque resultam em filmes metálicos com baixa cristalização. Elas são relativamente fracas, requerem grande quantidade de material e produzem mais calor, porque mais eletricidade é necessária para produzir variações nos campos magnéticos.

O novo método consegue a cristalização com camadas de poucos átomos de espessura. Sua maior força estrutural deverá significar maior durabilidade dos dispositivos eletrônicos. Nos catalisadores, será possível a construção de camadas reativas de metal de poucos átomos de espessura, com significativas reduções de custos de material.

Mas a aplicação mais imediata para as novas descobertas, deverá ser na construção de memórias magneto-resistivas (MRAM) para computadores. As memórias MRAM permitirão aos computadores armazenar informações de forma não volátil, ou seja, os dados não são perdidos quando o computador é desligado. Como resultado, estas memórias permitirão a construção de computadores que ficam prontos para uso assim que são ligados, sem a necessidade da espera pela inicialização.

A técnica

Formar uma camada ultrafina e plana de um elemento metálico sobre uma superfície isolante não é uma tarefa trivial. Em junções magnéticas, elementos básicos para a construção das MRAM, uma camada de isolante, normalmente óxido de alumínio, de espessura tão fina quanto 1 nanômetro, é posta entre camadas de metais magnéticos, como cobalto ou ligas de níquel e ferro. Quanto a corrente elétrica passa pela junção, a orientação magnética das duas camadas metálicas pode ser invertida, resultando em diferentes valores da corrente. Isto cria um ambiente no qual bits podem ser armazenados.

Para se conseguir ferromagnetismo, pensava-se que seria necessária a construção de camadas grossas de metal. Obviamente, camadas mais finas requerem menor corrente para inverter a direção dos campos magnéticos, o que faz com que a diminuição da espessura destas camadas seja um desafio.

No ano de 2.000, cientistas do próprio Sandia e do Laboratório Nacional do Pacífico Noroeste desenvolveram uma teoria pela qual a presença de hidroxilas (ou pequenas gotas d'água) poderiam melhorar a ligação de metais em óxidos. Pelos cálculos, certos metais poderiam formar filmes planos sobre a safira, um óxido de alumínio. A experiência, utilizando safira e cobalto, confirmou a teoria.

A interação entre o cobalto e o óxido de alumínio é tão fraca que o cobalto depositado tende a formar estruturas esféricas, devido à interação entre seus próprios átomos. Baseando-se na experiência feita em 2.000, a alteração da superfície do óxido foi a solução. Alteração esta feita simplesmente com a adição de vapor d'água. Os átomos de cobalto causam a liberação de moléculas de hidrogênio da água. Com isto, os próprios átomos de cobalto tornam-se oxidados quando eles se ligam com as moléculas de oxigênio liberadas. Desta forma, eles fixam-se firmemente na camada do substrato de óxido, transformando-se em âncoras.

Estas âncoras formam-se de forma dispersa ao longo da superfície do óxido, cerca de uma âncora para cada dez átomos de oxigênio na camada superior do substrato. Estes átomos metálicos ancorados atraem outros átomos que, ao fixarem-se neles, formam uma finíssima camada metálica sobre toda a superfície do substrato.

Um dos maiores facilitadores para a utilização da nova técnica é que ela se utiliza de equipamentos já disponíveis nas fábricas. A solução pode ser tão simples quanto a exposição dos filmes de óxidos de alumínio a vapor de água a baixa pressão.

Embora a experiência tenha sido feita utilizando cobalto, os cientistas acreditam que o método também funcionará para ferro e níquel, os dois outros metais candidatos a serem utilizados nas MRAM. O mesmo deverá acontecer com cobre, rutênio e ródio, metais utilizados em catalisadores.