Transistores e computadores sem silício? Veja quatro novidades promissoras

Redação do Site Inovação Tecnológica - 11/12/2020

A molibdenita tem estado à frente, mas talvez o grafeno consiga pegar uma carona.
[Imagem: Huamin Li Lab/Buffalo University]

Transístor de grafeno e molibdenita

Um transístor feito de grafeno e molibdenita exige menos da metade da tensão elétrica necessária para fazer funcionar os atuais transistores de silício.

Enquanto a maioria dos transistores requerem 60 milivolts, este novo protótipo opera com 29 milivolts.

Ele também tem uma densidade de corrente maior do que quaisquer outros transistores semelhantes em desenvolvimento.

O transístor é composto de uma única camada de grafeno e uma única camada de dissulfeto de molibdênio, ou MoS2, que faz parte de um grupo de compostos conhecidos como calcogenetos de metais de transição.

O grafeno e a molibdenita operam em conjunto, empilhados, e a espessura total do componente é de aproximadamente 1 nanômetro.

"Novas tecnologias são necessárias para estender o desempenho dos sistemas eletrônicos em termos de potência, velocidade e densidade. Este transístor de próxima geração pode alternar rapidamente enquanto consome pouca energia," disse Huamin Li, da Universidade de Buffalo (EUA).

Uma corrente elétrica excita a superposição de dois magnons com polarização linear (indicada pelas setas vermelha e azul). Posteriormente, a energia é transportada através do isolador antiferromagnético, o que é detectado como uma tensão elétrica.
[Imagem: Ill./Andrew Ross]

Ferrugem antiferromagnética

Os isolantes antiferromagnéticos permitem velocidades de computação 1.000 vezes mais rápidas do que os eletrônicos atuais, com muito menos aquecimento.

Os componentes também podem ficar mais próximos uns dos outros e os módulos de lógica podem se tornar menores, algo que não é possível com a atual tecnologia do silício devido ao aquecimento excessivo.

O problema é que a transferência de informações nos isolantes antiferromagnéticos só funcionava em temperaturas muito baixas - mas quem vai querer colocar seu celular no freezer para poder usá-lo?

Agora, físicos conseguiram eliminar esse problema. Eles usaram o óxido de ferro (α-Fe₂O₃) principal componente da ferrugem, como isolante antiferromagnético, porque o óxido de ferro está por todo lado e é barato de se fabricar.

"Conseguimos transmitir e processar informações em um isolante antiferromagnético padrão em temperatura ambiente - e fizemos isto em distâncias longas o suficiente para permitir que o processamento de informações ocorresse," disse Andrew Ross, da Universidade Johannes Gutenberg em Mainz, na Alemanha.

Será que teremos um Vale do InGaAs para substituir o Vale do Silício? Dificilmente.
[Imagem: MIT]

Vale do InGaAs

Pesquisadores do MIT (EUA) e da Universidade Politécnica de Madri (Espanha) descobriram que uma liga semicondutora bem conhecida, chamada InGaAs (arsenieto de índio e gálio) pode competir com os transistores de silício.

Embora possam operar em alta velocidade e com baixo consumo de energia, o desempenho dos transistores InGaAs se deteriora muito rapidamente conforme eles são miniaturizados.

O saber científico até agora postulava que isso acontece porque, em pequenas escalas o material não consegue lidar bem com a passagem dos elétrons.

Mas um estudo mais detalhado mostrou que essa deterioração não é uma propriedade intrínseca do próprio material, e sim devido a "armadilhas" no material representadas por óxidos dispersos na liga - além dessas armadilhas de óxido, existem armadilhas de interface e armadilhas de fronteira atrapalhando o fluxo de elétrons nos componentes eletrônicos.

Bastou fazer os transistores de InGaAs operarem numa frequência alta o suficiente para que os efeitos desaparecessem, com os resultados mostrando uma eficiência comparável à dos transistores de silício na mesma escala de tamanho.

Difícil é saber se, nessa altura do campeonato, ser tão bom quanto o silício seria suficiente para fazer a indústria mudar de material.

Transformação de um material magnético duro em um ímã macio pela passagem de uma corrente
[Imagem: Postech/10.1002/adma.202004110]

Memórias magnéticas

Pesquisadores da Coreia do Sul descobriram uma técnica para otimizar a eficiência energética de uma célula de memória magnética não-volátil chamado SOT-MRAM.

SOT-MRAM é uma sigla em inglês para RAM magnética de torque spin-órbita, sendo um dos componentes mais avançados da spintrônica, a tecnologia pós-silício que se baseia não no movimento de enxurradas de elétrons, mas nos momentos magnéticos de elétrons individuais.

Elas já são mais rápidas do que as RAM atuais, não perdem os dados na falta de energia, mas ainda exigem uma tensão alta demais para funcionar.

Kaixuan Zhang e seus colegas melhoraram a eficiência energética das SOT-MRAM em mais de 100 vezes trocando materiais magnéticos duros por materiais magnéticos macios.

Eles descobriram que o telureto de ferro germânio (Fe₃GeTe₂) - um material ferromagnético com simetria geométrica especial - muda de um ímã duro para um ímã macio quando uma pequena corrente é aplicada. Assim, quando não é necessário escrever informações, o material permanece um ímã duro, o que é bom para o armazenamento seguro, e somente quando a escrita é necessária o material muda para um ímã macio, permitindo maior eficiência energética.

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