As duas versões estão alinhadas bloco a bloco, pela ordem do texto: título, o essencial e depois parágrafo a parágrafo. Quando a tradução fundiu ou dividiu um parágrafo, a casa correspondente fica vazia — nunca aproximamos duas passagens a olho.
A laser pulse lasts only femtoseconds, quadrillionths of a second, and in that flash it sets the spins of a copper oxide crystal flipping in rows. At the Paul Scherrer Institute (PSI) in Switzerland, Hiroki Ueda's team then hit the same sample with a second flash, a highly brilliant X-ray pulse from a free-electron laser at the SwissFEL facility. What they recorded is how long the resulting waves last.
Um impulso laser dura apenas femtossegundos, quadrilionésimos de segundo, e nesse clarão faz com que os spins de um cristal de óxido de cobre se invertam em fila. No Instituto Paul Scherrer (PSI), na Suíça, a equipa de Hiroki Ueda atinge em seguida a mesma amostra com um segundo clarão, um impulso de raios X de alta brilhância proveniente de um laser de eletrões livres da instalação SwissFEL. O que registam é o tempo de duração das ondas resultantes.
The reason to care is the limit of today's computers. Chips built on silicon are reaching their physical limits: components cannot be shrunk indefinitely, and clock speeds cannot be raised indefinitely. In a conventional chip, electrons flow through the material, which causes power losses and generates waste heat. The alternative studied here, spintronics, leaves the electrons in place and moves information through spin waves, a little like the wave in a stadium, where people stay in their seats and only their arms move. The waves are made of magnons, collective spin excitations that behave as quasiparticles, meaning they carry a definite energy and momentum even though they are not true particles.
A razão para nos interessarmos por isto são os limites dos computadores atuais. Os chips construídos em silício estão a atingir os seus limites físicos: os componentes não podem ser reduzidos indefinidamente, nem as frequências de relógio aumentadas indefinidamente. Num chip convencional, os eletrões circulam pelo material, o que provoca perdas de energia e gera calor residual. A alternativa estudada aqui, a spintrónica, deixa os eletrões no lugar e move a informação através de ondas de spin, um pouco como a ola num estádio, em que as pessoas permanecem nos seus lugares e só se mexem os braços. As ondas são feitas de magnões, excitações coletivas de spin que se comportam como quase-partículas, isto é, transportam uma energia e um momento bem definidos, embora não sejam verdadeiras partículas.
The timing is the new part. The team followed the magnons in three stages. In femtoseconds, the laser excites the electrons and the spins start to flip together. Over picoseconds, trillionths of a second, the magnons collide and form what Ueda's team describes as incoherent waves, like rough seas. Then, in the range of nanoseconds, billionths of a second, the magnons pass their energy to vibrations of the atoms in the lattice, called phonons. That last step comes about three orders of magnitude after the previous one. Romaguera said the team was surprised by how long the transfer takes, given how strongly magnetism and the lattice are coupled in copper oxide.
A novidade está no tempo. A equipa seguiu os magnões em três etapas. Em femtossegundos, o laser excita os eletrões e os spins começam a inverter-se em conjunto. Ao longo de picossegundos, bilionésimos de segundo, os magnões colidem e formam o que a equipa de Ueda descreve como ondas incoerentes, como mares agitados. Depois, na ordem dos nanossegundos, mil milionésimos de segundo, os magnões transferem a sua energia para as vibrações dos átomos da rede, chamadas fonões. Este último passo dá-se três ordens de grandeza depois do anterior. Romaguera afirmou que a equipa ficou surpreendida com a duração desta transferência, tendo em conta o forte acoplamento entre o magnetismo e a rede no óxido de cobre.
The result rests on a combination of methods. The team used the pump-probe technique, varying the delay between the laser pulse and the X-ray pulse to build a sequence of snapshots, and added a new X-ray technique to two established ones. Until now, each method captured only part of the picture, so no one had a single coherent account of these interactions. Ueda's team says the magnon-phonon relationship, which depends on how momentum and energy relate in each excitation, controls how efficiently energy leaves the magnons, and that this suggests materials could be designed to tune that lifetime. Those are findings from one copper oxide sample in a laboratory. No logic component has been built or tested with them.
O resultado assenta numa combinação de métodos. A equipa recorreu à técnica pump-probe (bomba-sonda), variando o intervalo entre o impulso laser e o impulso de raios X para construir uma sequência de instantâneos, e acrescentou uma nova técnica de raios X a duas outras já estabelecidas. Até agora, cada método captava apenas uma parte do quadro, pelo que ninguém dispunha de um relato coerente único destas interações. Ueda afirma que a relação magnão-fonão, que depende da forma como o momento e a energia se relacionam em cada excitação, controla a eficiência com que a energia abandona os magnões, e que isto sugere que os materiais poderiam ser concebidos para ajustar esse tempo de vida. Trata-se de conclusões obtidas com uma única amostra de óxido de cobre, em laboratório. Nenhum componente lógico foi construído ou testado com estes resultados.
For engineers working on post-silicon computing, the message is a usable time window. If magnons keep their energy long enough, a device could in principle manipulate them before they dissipate, which is the condition for performing and controlling logical operations with spin waves. The team does not give a date for that step, and it has not described a prototype, a material that could be manufactured at scale, or a cost. What it has shown is that the physics of the wave itself gives such a device something to work with.
Para os engenheiros que trabalham na computação pós-silício, a mensagem é a existência de uma janela temporal utilizável. Se os magnões mantiverem a sua energia durante tempo suficiente, um dispositivo poderia, em princípio, manipulá-los antes de se dissiparem, que é a condição para executar e controlar operações lógicas com ondas de spin. A equipa não indica uma data para essa etapa e não descreveu um protótipo, um material que possa ser fabricado em escala nem um custo. O que demonstrou é que a física da própria onda oferece a tal dispositivo algo com que trabalhar.