Diodo geométrico deixa passar um único elétron de cada vez

Redação do Site Inovação Tecnológica - 07/05/2020

Este componente ultraminiaturizado poderá fazer a diferença nas comunicações sem fio e no interior de todos os aparelhos eletrônicos.
[Imagem: J. Custer]

Diodo de elétron único

Os diodos são um dos componentes eletrônicos fundamentais, sendo capazes de fazer a corrente elétrica fluir em apenas um sentido - os outros componentes básicos sãos resistores, indutores, capacitores e memoristores; um transístor é a junção de dois diodos.

Há algum tempo já é possível fazer diodos que permitam passar apenas um elétron de cada vez - eles são conhecidos como diodos quânticos -, mas isso não significa que eles tenham a eficiência desejada.

De fato, os diodos de elétron único são feitos de camadas de materiais, sanduíches de metal-isolante-metal, e as interfaces entre esses materiais acabam diminuindo a velocidade dos elétrons, o que não é bom para uma eletrônica que ama a miniaturização, mas é verdadeiramente caída de paixão pela velocidade.

Funil de elétrons

James Custer, da Universidade da Carolina do Norte, nos EUA, acaba de encontrar uma solução para isso: ele chama sua arquitetura de "funil de elétrons". A forma assimétrica do funil faz com que os elétrons saltem preferencialmente em uma direção.

De fato, os elétrons são forçados a seguir uma rua de mão única, criando um diodo elétrico de elétrons individuais - sim, existem também diodos de luz.

Mas não é um funil qualquer: As paredes da nanoestrutura são irregulares, lembrando uma cremalheira - uma barra dentada por onde corre uma engrenagem, como no sistema que abre e fecha o portão da sua garagem. Nos vãos entre os dentes dessa superfície, os elétrons comportam-se como se fossem pequenas esferas, passando um de cada vez, impulsionados por uma corrente alternada, mas sem encontrar qualquer interface que os faça diminuir de velocidade.

A geometria das paredes do funil permite que os elétrons avancem, mas nunca que eles retornem.
[Imagem: James P. Custer Jr. et al. - 10.1126/science.aay8663]

Diodo geométrico

O notável aqui é que Custer demonstrou que é possível criar "diodos geométricos" - diodos que funcionam com base na geometria, e não na composição do material de que são feitos - que funcionam a temperatura ambiente e são tão rápidos que já nascem talhados para operar nas velocidades dos terahertz.

"Os diodos elétricos são um componente básico da eletrônica, e nossos resultados sugerem que pode haver um paradigma completamente diferente para o projeto de diodos que operam em frequências muito altas," disse o professor James Cahoon. "Os resultados são possíveis porque nós crescemos as estruturas de baixo para cima, usando um processo sintético que produz materiais monocristalinos geometricamente precisos".

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