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Eletrônica

Diodo geométrico deixa passar um único elétron de cada vez

Redação do Site Inovação Tecnológica - 07/05/2020

Diodo geométrico deixa passar um único elétron de cada vez
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.

Diodo geométrico deixa passar um único elétron de cada vez
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".

Bibliografia:

Artigo: Ratcheting quasi-ballistic electrons in silicon geometric diodes at room temperature
Autores: James P. Custer Jr., Jeremy D. Low, David J. Hill, Taylor S. Teitsworth, Joseph D. Christesen, Collin J. McKinney, James R. McBride, Martin A. Brooke, Scott C. Warren, James F. Cahoon
Revista: Science
Vol.: 368, Issue 6487, pp. 177-180
DOI: 10.1126/science.aay8663





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