Avanço na Memória Ni₄W Permite Troca Sem Magnetismo

Os mais recentes avanços tecnológicos, que vão de big data a inteligência artificial (IA) e à Internet das Coisas (IoT), coletam e processam toneladas de dados. Para isso, eles precisam de alta eficiência energética, transferência de dados de baixa latência e processamento em alta velocidade.

Aqui, os avanços em computação de alto desempenho (HPC) são fundamentais para melhorar as capacidades de processamento de dados, aproveitando o processamento paralelo, hardware poderoso e software sofisticado.

No entanto, o acesso à memória tende a ser o gargalo, criando, assim, uma forte necessidade de tecnologia de memória compatível com essas exigências.

A tecnologia de memória permite o acesso, o armazenamento e a alteração de dados. As informações são representadas por coleções de bits, sendo cada bit zero ou um (alternativamente, verdadeiro ou falso).

Idealmente, a memória lê e grava em tempo insignificante, consome pouca energia, ocupa espaço insignificante e retém seu valor armazenado indefinidamente. Mas, claro, na prática, nenhuma tecnologia de memória cumpre todas essas condições ideais. Diferentes tecnologias têm seus próprios pontos fortes e fracos, não havendo uma única melhor tecnologia de memória.

A tecnologia de memória é principalmente dividida em duas categorias:

• Volátil
• Não volátil

Isso se baseia no design da célula. As células são as unidades básicas da memória, na verdade um ‘array’ de ‘células’ de memória, onde cada célula armazena um bit de dados, e as características de uma única célula refletem as da matriz completa.

Uma memória volátil funciona enquanto está alimentada e perde as informações armazenadas quando a energia é desligada. Portanto, esse tipo de memória pode ser usado para armazenar dados temporariamente.

Uma memória não volátil, por outro lado, mantém seu valor armazenado mesmo quando a energia é removida. Para esse tipo específico de memória, aplica‑se tecnologia semicondutora sofisticada, pois é mais difícil de fabricar e de escrever eletronicamente.

Com a crescente disponibilidade de tecnologias de memória mais sofisticadas no mercado, a distinção entre essas duas categorias de memória está se tornando cada vez mais difusa.

Avanços na Tecnologia de Memória

Dada a importância da tecnologia de memória para a operação e desempenho de vários dispositivos e sistemas eletrônicos, pois permite que computadores e outros dispositivos armazenem e recuperem informações necessárias, os pesquisadores têm continuamente explorado novas maneiras de torná‑la mais eficiente.

Ao longo dos anos, várias descobertas revolucionaram a tecnologia. Com o objetivo de superar as limitações da RAM e das soluções de armazenamento atuais, pesquisas contínuas estão impulsionando computação mais rápida e energeticamente eficiente e possibilitando novas aplicações em áreas como IA e computação neuromórfica.

PCM e Inovações de Baixa Energia

Alguns dos principais avanços nesta área incluem novos materiais PCM (Memória de Mudança de Fase) para criar um tipo único de memória que combina a velocidade da RAM com a não volatilidade do armazenamento flash.

No campo PCM, no final do ano passado, cientistas descobriram¹ uma nova técnica para reduzir os requisitos de energia do PCM em até 1 bilhão de vezes.

“Uma das razões pelas quais os dispositivos de memória de mudança de fase ainda não alcançaram uso generalizado é a energia necessária”, disse o autor Ritesh Agarwal, professor de ciência e engenharia de materiais na Penn Engineering, o que significa que o potencial das descobertas desta nova técnica é “tremendo” para projetar dispositivos de memória de baixa energia.

Essa descoberta específica baseia‑se nas propriedades únicas do selênio de índio (In2Se3), um material semicondutor que apresenta tanto propriedades piezoelétricas (materiais que se deformam fisicamente quando expostos a uma carga elétrica) quanto ferroelétricas (materiais que podem gerar um campo elétrico interno sem necessidade de carga externa) características. 

Quando o selênio de índio foi exposto a uma corrente contínua, os pesquisadores observaram que partes dele se amorfizaram, interrompendo a estrutura cristalina e abrindo “um novo campo sobre as transformações estruturais que podem ocorrer em um material quando todas essas propriedades se combinam.”

Multiferroicos & Armazenamento de Dados Eficiente

Materiais multiferroicos que exibem propriedades ferroelétricas e ferromagnéticas para armazenamento de dados não destrutivo também estão sendo explorados por pesquisadores. 

Um desses materiais é o BiFeO3 substituído por cobalto (BiFe0.9Co0.1O3, BFCO), que apresenta forte acoplamento magnetoelétrico, permitindo uma forma energeticamente eficiente de gravar dados. No ano passado, pesquisadores do Instituto de Tecnologia de Tóquio desenvolveram² nanodotos de BFCO com domínios ferroelétricos e ferromagnéticos únicos.

Este ano, os pesquisadores fizeram progressos³, baseando‑se na pesquisa para demonstrar funcionalidade de comutação no mundo real em filmes finos orientados. O controle dinâmico demonstra a troca de magnetização acionada por campo elétrico em um formato mais compatível com dispositivos.

Soluções Ferroeletricas & Novos Designs de Memória

A tecnologia de chiplets é outra abordagem em que múltiplos chips menores, ou chiplets, são montados em um substrato que os conecta, permitindo maior largura de banda e densidade de memória. Enquanto isso, os avanços nas tecnologias NAND flash e DRAM continuam em direção a nós de processo menores, com foco no aumento da largura de banda e da eficiência energética.

Embora a memória NAND flash seja uma das tecnologias mais prevalentes para armazenamento massivo de dados devido à sua capacidade de armazenar mais dados na mesma área empilhando células em uma estrutura 3D, ela depende de armadilhas de carga para armazenar dados, o que implica tensões operacionais mais altas e velocidades mais lentas.

Uma solução promissora para isso é a memória ferroelétrica baseada em hafnia (óxido de háfnio), mas o desafio é a capacidade limitada de armazenamento de dados.

Uma equipe da POSTECH abordou essa questão⁴ dopando os materiais ferroelétricos com alumínio, o que criou filmes finos ferroelétricos de alto desempenho. Além disso, eles empregaram uma estrutura inovadora metal‑ferroelétrico‑metal‑ferroelétrico‑semicondutor (MFMFS), em vez da típica estrutura MFS.

Isso permitiu que eles controlassem com sucesso a voltagem em cada camada, ajustando finamente fatores como a espessura e a proporção de área das camadas. Como resultado, a equipe alcançou uma janela de memória superior a 10 volts (V), em comparação com apenas 2 V em dispositivos convencionais.

Torque de Spin‑Órbita e Evolução da Memória Magnética

Até a computação quântica tem ganhado grande tração como uma tecnologia emergente que abre caminho para dispositivos de computação mais poderosos, eficientes e versáteis no futuro.

Depois, há a Memória Magnética de Acesso Aleatório baseada em Torque de Spin‑Órbita (SOT‑MRAM) energeticamente eficiente, onde correntes elétricas são usadas para mudar estados magnéticos e alcançar alta velocidade e baixo consumo de energia.

No início deste ano, uma equipe de pesquisadores do Instituto de Física da JGU compartilhou sua inovação⁵ baseada em SOT‑MRAM, que demonstra potencial para reduzir o consumo de energia em mais de 50 % e aumentar a eficiência em 30 %. Também reduz a corrente de entrada necessária para a troca magnética para armazenar os dados em 20 % e alcança uma estabilidade térmica que garante a longevidade do armazenamento de dados.

Memória Fotônica e Magneto‑Óptica

Controlar chips de memória óptica por meio de luz e ímãs é mais uma forma de melhorar a velocidade e a eficiência do processamento.

Em um desenvolvimento, cientistas projetaram um latch fotônico programável⁶ construído em uma plataforma fotônica de silício. Cada unidade de memória no sistema é acionada por sua própria fonte de luz, permitindo que múltiplas unidades funcionem de forma independente. Isso evita a degradação de sinal que a perda de potência óptica pode causar, tornando a arquitetura mais escalável para sistemas maiores.

Farshid Ashtiani, da Nokia Bell Labs, explicou o potencial:

“Modelos de linguagem de grande porte como o ChatGPT dependem de enormes quantidades de operações matemáticas simples, como multiplicação e adição, realizadas iterativamente para aprender e gerar respostas.”

E embora computadores ópticos em escala total ainda estejam a anos de distância, esta memória óptica representa um passo significativo nessa direção.

Enquanto isso, outra equipe demonstrou uma nova tecnologia de memória magneto‑óptica⁷ usando granada de ferro de ítrio e ítrio substituída por cério (Ce:YIG). Esse material exibe comportamento óptico sintonizável quando exposto a campos magnéticos. Ao incorporar ímãs microscópicos, os pesquisadores puderam armazenar e manipular dados por meio de alterações na propagação da luz.

Dessa forma, eles introduziram uma nova classe de memórias magneto‑ópticas que têm velocidades de comutação 100 vezes mais rápidas que a tecnologia fotônica integrada avançada e consomem cerca de um décimo da energia. As memórias magneto‑ópticas também podem ser regravadas mais de 2,3 bilhões de vezes.

Ni₄W: Magnetização Sem Campo Alcançada

Pesquisadores da Universidade de Minnesota Twin Cities relataram agora uma nova conquista na tecnologia de memória. 

Publicado na revista científica revisada por pares Advanced Materials, o estudo detalhou o desenvolvimento⁸, que envolveu o uso de Ni₄W, uma liga de níquel e tungstênio. Esse metal inverte a magnetização sem necessidade de ímãs e, como tal, mostra potencial para impulsionar eletrônicos de próxima geração.

Com a equipe demonstrando uma forma de produzir correntes de spin para controlar a magnetização em dispositivos, o estudo abre caminho para memórias e dispositivos lógicos de computador mais baratos, rápidos e eficientes.

Comutando a Magnetização de Metal Sem Ímãs

Com a demanda por tecnologias emergentes de memória crescendo, os pesquisadores estão ativamente explorando diferentes alternativas às soluções de memória existentes que podem aumentar a funcionalidade da tecnologia cotidiana enquanto consomem menos energia.

Assim, pesquisadores da Universidade de Minnesota recorreram a um novo material para tornar a memória de computador mais rápida e energeticamente eficiente.

O material é uma liga de níquel‑tungstênio, uma classe de material conhecida por sua alta densidade, resistência e resistência ao desgaste e à corrosão. Nessas ligas, a composição específica dos metais influencia suas propriedades. 

Neste estudo, os pesquisadores usaram Ni₄W, um material que demonstra poderosas propriedades de controle magnético.

Para escolher Ni₄W, a equipe primeiro pesquisou o banco de dados de materiais em busca de candidatos potenciais com fases estáveis dentro do grupo espacial I4/m, depois utilizou cálculos de teoria funcional da densidade (DFT), que identificaram Ni₄W como o candidato mais promissor devido à sua grande eficiência teórica de SOT e por ser o estado fundamental do sistema intermetálico binário Ni‑W.

A equipe verificou a existência de condutividade de Hall de spin não convencional (USHC) para Ni₄W (100) assim como para Ni₄W (211), mas optou por concentrar seus esforços experimentais no último devido à sua melhor eficiência SOT, que superou a primeira. 

“Os cálculos teóricos confirmam que Ni₄W (211) é aproximadamente a orientação cristalina mais ótima para USHC,” observou o estudo, acrescentando que sua estrutura de rede semelhante a hexagonal facilita o crescimento experimental.

O material pode tornar a memória de computador mais rápida, bem como reduzir significativamente o consumo de energia em dispositivos eletrônicos. Os pesquisadores garantiram uma patente sobre a tecnologia.

“Ni₄W reduz o consumo de energia para gravação de dados, potencialmente diminuindo significativamente o uso de energia em eletrônicos,” disse o autor principal do artigo, Jian‑Ping Wang, que é Distinguished McKnight Professor e Robert F. Hartmann Chair no Departamento de Engenharia Elétrica e de Computação (ECE) da Universidade de Minnesota.

Ao contrário dos materiais convencionais, o Ni₄W de baixa simetria permite a comutação ‘sem campo’. Isso significa que o material pode mudar seus estados magnéticos sem a necessidade de ímãs. Isso ocorre ao gerar correntes de spin em múltiplas direções, permitindo que o Ni₄W inverta os estados magnéticos ‘sem campo’ sem exigir campos magnéticos externos. 

Em seu trabalho, a equipe oferece novas percepções sobre o material ao mesmo tempo em que demonstra uma abordagem mais eficaz para controlar a magnetização em pequenos dispositivos eletrônicos usando essa combinação de níquel e tungstênio.

De acordo com o estudo, os pesquisadores descobriram que o Ni₄W gera um forte torque de spin‑órbita (SOT), uma forma de manipular o magnetismo em tecnologias de memória de próxima geração.

O SOT é uma tecnologia emergente que permite a manipulação eficiente de dispositivos spintrônicos, que utilizam o spin intrínseco dos elétrons além de sua carga, para armazenar e manipular informações.

Esse mecanismo surge dos efeitos do acoplamento spin‑órbita (SOC), como o efeito Hall anômalo (AHE), efeito Hall de spin (SHE) e efeito Rashba, e demonstra desempenho superior em termos de eficiência e velocidade.

Embora o SOT ofereça uma forma eficiente de manipular a magnetização de materiais ferromagnéticos (que exibem magnetizações permanentes e possuem um momento magnético permanente na ausência de campo externo) em dispositivos de memória, materiais SOT convencionais como metais pesados e isolantes topológicos são limitados por sua alta simetria cristalina.

Como resultado, os pesquisadores utilizam materiais de baixa simetria ou quebram a alta simetria usando um campo magnético externo para produzir correntes de spin não convencionais, permitindo a comutação determinística sem campo da magnetização perpendicular.

Apesar do progresso, a eficiência SOT desses materiais continua baixa, limitando sua aplicação prática. No entanto, isso não ocorre com o novo material, que apresenta uma grande eficiência SOT de 0,3 à temperatura ambiente.

“Observamos alta eficiência SOT com múltiplas direções em Ni₄W tanto isoladamente quanto quando estratificado com tungstênio, apontando para seu forte potencial de uso em dispositivos spintrônicos de baixa potência e alta velocidade.”

– Co‑primeira autora do artigo, Yifei Yang, estudante de doutorado no quinto ano no grupo de Wang

Uma grande eficiência SOT de 0,73 também foi observada em W/Ni₄W (5 nm), mas isso pode ser devido a efeitos extrínsecos.

Notavelmente, o novo material é feito a partir de metais comuns e, como tal, pode ser fabricado usando processos industriais padrão. Essa facilidade de fabricação o torna um processo de baixo custo, tornando o Ni₄W atraente para parceiros da indústria.

Isso também significa que a tecnologia pode ser implementada em produtos cotidianos como telefones e smartwatches facilmente e em um futuro próximo.

“Estamos muito entusiasmados ao ver que nossos cálculos confirmaram a escolha do material e a observação experimental do SOT.”

– Co‑primeiro autor do artigo, Seungjun Lee, pesquisador pós‑doutoral em ECE

Portanto, o estudo constatou que o Ni₄W é um material SOT não convencional promissor para dispositivos spintrônicos energeticamente eficientes. Por ser barato de produzir, pode encontrar ampla aplicação em dispositivos como telefones, bem como em data centers, tornando o futuro da eletrônica mais inteligente e sustentável.

Nos próximos passos, a equipe irá crescer esses materiais em um dispositivo, menor que seu trabalho anterior.

Investindo em Tecnologia de Memória

Micron Technology (MU ), um player líder em soluções de DRAM, NAND e memória de alta largura de banda, está investindo fortemente em memória de próxima geração, como HBM, para cargas de trabalho de IA. No futuro, podemos esperar que a empresa integre soluções inovadoras, como memória spintrônica ou baseada em SOT, quando se tornarem comercialmente viáveis.

Micron Technology (MU )

Com um valor de mercado de US$ 126,7 bilhões, as ações da MU estão atualmente negociando a US$ 112,78, alta de 34,54 % até agora neste ano. Possui um EPS (TTM) de 5,52 e um P/E (TTM) de 20,53. O rendimento de dividendos que os acionistas podem receber é de 0,41 %.

Em relação à posição financeira da empresa, ela reportou US$ 9,30 bilhões em receita para o terceiro trimestre do exercício de 2025, que terminou em 29 de maio de 2025. Isso representa um aumento de 15,5 % em relação ao trimestre anterior e um aumento de 36,5 % em relação ao mesmo período do ano passado.

O lucro líquido GAAP para o período foi de US$ 1,89 bilhão, ou US$ 1,68 por ação diluída, e o lucro líquido non‑GAAP foi de US$ 2,18 bilhão, ou US$ 1,91 por ação diluída. Seu fluxo de caixa operacional também aumentou para US$ 4,61 bilhão.

A Micron encerrou o trimestre com US$ 12,22 bilhões em caixa, investimentos negociáveis e caixa restrito.

A receita recorde, observou o CEO Sanjay Mehrotra, foi impulsionada pela receita de DRAM historicamente alta, incluindo quase 50 % de crescimento sequencial na receita de HBM. A receita de data centers também atingiu um recorde no trimestre, enquanto os mercados finais voltados ao consumidor registraram forte crescimento sequencial.

“Estamos no caminho certo para entregar receita recorde com rentabilidade sólida e fluxo de caixa livre no exercício de 2025, enquanto fazemos investimentos disciplinados para reforçar nossa liderança tecnológica e excelência de fabricação a fim de atender à crescente demanda por memória impulsionada por IA.”

– CEO Sanjay Mehrotra

Em meio a tudo isso, a empresa anunciou que sua oferta HBM3E 36 GB 12‑high será integrada nas próximas GPUs da AMD (Instinct™ MI350 Series), críticas para treinar grandes modelos de IA e lidar com cargas de trabalho complexas de HPC, como processamento de dados e modelagem computacional.

A Micron também anunciou um plano de expansão nos EUA de US$ 200 bilhões que inclui fabricação doméstica de memória e P&D, o que se espera que crie 90 000 empregos diretos e indiretos. Ao mesmo tempo, finalizou um financiamento direto de US$ 275 milhões no CHIPS Act.

Últimas Notícias e Desenvolvimentos das Ações da Micron Technology (MU)

Considerações Finais sobre o Futuro da Tecnologia de Memória

A tecnologia de memória continua a evoluir e remodelar a base da computação moderna. Desde inovações em mudança de fase até avanços spintrônicos, todas essas evoluções prometem soluções mais rápidas, energeticamente eficientes e escaláveis para IA, big data e eletrônicos de consumo de próxima geração.

A mais recente descoberta da liga Ni₄W, com sua comutação de magnetização sem campo, pode provar ser um divisor de águas, preenchendo a lacuna entre custo‑benefício e soluções de memória de alto desempenho e potencialmente abrindo caminho para a adoção generalizada da memória de torque de spin‑órbita em eletrônicos convencionais nos próximos anos.

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Referências:

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