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Novos transistores prometem circuitos flexíveis

Novo transistor usa semicondutor ativado por magnetismo em vez de eletricidade 

Geoff Brumfiel e revista Nature
Jennifer Gottschalk/shutterstock
Softwares podem transformar um computador em editor de textos, supercalculadora ou em videotelefone mas o hardware subjacente permanece igual.

Agora um tipo de transistor que pode ser ativado e desativado com magnetismo em vez de eletricidade poderia tornar circuitos flexíveis também, levando a equipamentos mais eficientes e confiáveis, de smartphones a satélites.

Transistores, os simples interruptores no coração de toda a eletrônica moderna, geralmente usam uma voltagem mínima para mudar de ‘ligado’ para ‘desligado’.

O uso de voltagem é altamente confiável e fácil de miniaturizar, mas tem suas desvantagens.

Primeiro, manter a voltagem ligada exige energia, o que eleva o consumo energético do microchip. Segundo, transistores tem que ficar presos aos chips e não podem ser reconfigurados, o que significa que computadores precisam de circuitos dedicados para todas as suas funções.

Um grupo de pesquisa com sede no Instituto de Ciência e Tecnologia da Coréia (KIST) em Seul, na Coréia do Sul, desenvolveu um circuito que pode contornar esses problemas.

O dispositivo, descrito em um artigo no website da Nature em 30 de janeiro, usa magnetismo para controlar o fluxo de elétrons pela minúscula ponte do material semicondutor antimoneto de índio. (S. Joo et al. Nature   http://dx.doi.org/10.1038/nature11817; 2013).

Essa é “uma alteração nova e interessante de como usar uma porta lógica”, declara Gian Salis, físico do Laboratório de Pesquisa de Zurique, da IBM, na Suíça.

A ponte tem duas camadas: um nível mais baixo com um grande número de orifícios positivamente carregados, e um superior, predominantemente preenchido com elétrons de carga negativa.

Graças às propriedades eletrônicas incomuns do antimoneto de índio, os pesquisadores podem controlar o fluxo de elétrons pela ponte usando um campo magnético perpendicular. Quando eles acionam o campo em uma direção, elétrons são desviado do nível inferior positivo e fluem livremente. Quando o campo magnético é invertido, os elétrons caem para o nível inferior e se recombinam com a carga dos orifícios – na prática desligando o interruptor.

A capacidade que uma porta lógica tem de manter o interruptor ligado ou desligado sem voltagem “poderia levar a uma grande redução no consumo energético”, explica Jin Dong Song, coautor do estudo e físico do KIST.

Ainda mais impressionante é que os interruptores magnéticos podem ser manipulados como um software, adiciona o pesquisador, simplesmente mudando o campo para ativar ou desativar um circuito.

Um telefone móvel poderia, por exemplo, reprogramar alguns de seus microcircuitos para processar vídeos enquanto o usuário assistisse um clipe no YouTube e  mudar o chip de volta para o processamento de sinais para receber uma chamada telefônica. Isso poderia reduzir enormemente o volume de circuitos necessários dentro do telefone.

Esse tipo de lógica reconfigurável poderia ser inestimável em satélites, aponta Mark Johnson do Laboratório de Pesquisas Navais em Washington capital, coautor do artigo. No caso de um chip falhar em órbita, outro poderia simplesmente ser reprogramado para assumir seu papel. “Assim você conserta o circuito a partir da Terra”, observa ele.

Para realmente “pegar”, porém, a lógica magnética teria que ser integrada com tecnologias baseadas em silício já existentes. Isso pode não ser fácil. Para começar, o antimoneto de índio, semicondutor crucial para os circuitos, não se dá bem com os processos de manufatura usados para produzir eletrônicos modernos, explica Junichi Murota, pesquisador que trabalha com nanoeletrônica na Universidade Tohoku, do Japão.

Mas Johnson acredita que pode ser possível construir pontes semelhantes com silício.

Integrar os imãs em miniatura necessários para controlar os disponíveis em um chip normal também não seria fácil. Empresas devem ser capazes de resolver esses desafios, mas apenas se decidirem que os dispositivos valem a pena, pondera Salis. No momento, adiciona ele, não está claro se os dispositivos se darão bem nos tamanhos necessários para um chip prático – muito menor que as dimensões em micrômetros dos protótipos.

Mas Johnson lembra que o magnetismo já está começando a “pegar” no design de circuitos: alguns dispositivos avançados estão começando a usar uma versão magnética da memória de acesso randômico, um tipo de memória que historicamente é construída com transistores convencionais. “Eu acredito que uma mudança já está acontecendo”, declara ele.

Este artigo foi reproduzido com permissão da revista Nature. O artigo foi publicado pela primeira vez em 30 de janeiro de 2013.