Quanto mais poderosa a inteligência artificial se torna, maior é a quantidade de eletricidade necessária para mantê-la funcionando. Centros de dados exigem processadores avançados, sistemas de refrigeração e uma infraestrutura energética cada vez mais complexa. Mas uma possível resposta para esse problema pode estar em algo extraordinariamente pequeno. Cientistas conseguiram preservar propriedades fundamentais de um material reduzido a dimensões atômicas, superando uma limitação que dificultava o desenvolvimento de novos microchips.
Um material promissor deixava de funcionar quando ficava pequeno demais
Pesquisadores da Universidade Brown, nos Estados Unidos, conseguiram fabricar películas ultrafinas de ferrita de bismuto capazes de preservar propriedades elétricas e magnéticas.
O resultado, publicado na revista científica Nature Materials, representa um avanço no estudo dos materiais multiferroicos.
Esses materiais apresentam propriedades elétricas e magnéticas relacionadas, permitindo explorar maneiras diferentes de armazenar e processar informações.
Em determinadas aplicações, sua polarização elétrica pode ser modificada por pequenos impulsos de tensão, enquanto propriedades magnéticas podem ajudar na leitura dos dados.
Essa combinação é interessante porque algumas operações poderiam exigir menos energia do que tecnologias eletrônicas convencionais.
Entretanto, existia um obstáculo importante.
Para integrar esses materiais aos microchips modernos, os cientistas precisavam reduzir sua espessura a poucos nanômetros.
O problema era que, ao atingir dimensões extremamente pequenas, eles perdiam justamente as propriedades que os tornavam úteis.
Esse fenômeno ficou conhecido como dead layer, ou camada morta.
Durante anos, a dificuldade limitou o desenvolvimento de componentes eletrônicos baseados nessa tecnologia.
Cientistas conseguiram preservar o magnetismo em uma espessura surpreendente
A equipe liderada por Lucas Caretta decidiu enfrentar o problema modificando as condições em que o material era produzido.
Os pesquisadores depositaram uma película de ferrita de bismuto sobre uma base de escandato de disprósio.
A estrutura cristalina dessa base provoca uma pequena compressão na película, alterando as condições físicas do material.
Além disso, os cientistas acrescentaram uma camada metálica para compensar campos elétricos que poderiam comprometer sua estabilidade.
A combinação permitiu preservar o comportamento elétrico e magnético mesmo quando a espessura foi reduzida a aproximadamente 1,6 nanômetro.
Isso corresponde a apenas algumas unidades da estrutura cristalina do material, em uma escala equivalente a poucas camadas atômicas.
O resultado demonstrou que a perda de propriedades em dimensões tão pequenas não era necessariamente inevitável.
Mas os experimentos revelaram algo ainda mais interessante.
A verdadeira surpresa foi uma forma diferente de magnetismo
Além de preservar suas características originais, a nova configuração apresentou sinais de altermagnetismo.
Trata-se de uma forma de ordenamento magnético que reúne características potencialmente vantajosas de outros sistemas conhecidos.
Nos materiais ferromagnéticos, os sinais magnéticos são relativamente fáceis de detectar, mas podem provocar interferências entre componentes próximos.
Já os antiferromagnéticos permitem respostas rápidas e estruturas compactas, embora suas propriedades sejam mais difíceis de utilizar na leitura de informações.
O altermagnetismo pode oferecer uma combinação interessante dessas características.
Segundo a Universidade Brown, esse comportamento abre possibilidades para dispositivos rápidos, compactos e capazes de produzir sinais elétricos detectáveis.
Encontrar indícios dessa propriedade em películas multiferroicas tão finas amplia as possibilidades de desenvolvimento de novas memórias eletrônicas.
Também sugere que modificar cuidadosamente a estrutura de um material pode produzir comportamentos que não apareciam nas configurações anteriores.
O avanço pode ajudar a reduzir o consumo de energia da inteligência artificial
A crescente demanda energética da inteligência artificial está relacionada, entre outros fatores, à necessidade de movimentar e processar enormes quantidades de dados.
Por isso, desenvolver componentes capazes de armazenar informações e realizar operações com menor gasto energético tornou-se uma prioridade na pesquisa de semicondutores.
Materiais multiferroicos são candidatos interessantes porque podem permitir operações controladas eletricamente sem depender dos mesmos mecanismos utilizados em determinados circuitos convencionais.
Entretanto, isso ainda representa uma possibilidade tecnológica, não uma economia comprovada.
Os pesquisadores não construíram um processador de inteligência artificial utilizando a nova película.
Também não demonstraram uma redução mensurável no consumo de eletricidade de computadores ou centros de dados.
O próximo desafio será transformar as propriedades observadas em laboratório em componentes funcionais, confiáveis e compatíveis com a fabricação industrial de chips.
Uma descoberta minúscula pode abrir caminho para computadores mais eficientes
O principal resultado da pesquisa é demonstrar que determinados materiais podem continuar funcionando mesmo quando reduzidos a dimensões anteriormente consideradas problemáticas.
A descoberta também mostra que o controle das camadas atômicas pode revelar propriedades magnéticas adicionais.
Ainda serão necessários estudos sobre estabilidade, reprodução dos resultados e integração com tecnologias existentes.
Mesmo assim, o avanço oferece uma nova direção para pesquisadores interessados em desenvolver memórias e circuitos de menor consumo.
A solução para parte do desafio energético da inteligência artificial talvez não dependa apenas de processadores maiores ou mais potentes.
Ela também pode surgir da capacidade de controlar materiais em uma escala tão pequena que praticamente desaparecem da nossa percepção.
