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Eletrônica

Finalmente um sucessor do transístor?

Redação do Site Inovação Tecnológica - 15/05/2019

Finalmente um sucessor do transístor?
Esquema do vTOPSS, um candidato a substituir os transistores.
[Imagem: Rakheja et al. - 10.1103/PhysRevApplied.11.054009]

Melhor que o transístor?

Há um novo modo de fazer computação disponível na praça: uma chave de spin topológica controlada eletricamente, ou vTOPSS na sigla em inglês (voltage-controlled topological spin switch).

O nome é complicado, a tecnologia por trás dele também não é não intuitiva quanto a do transístor, mas a essência do componente é que ele é uma chave eletrônica ultraminiaturizada, que não perde dados na ausência de energia e que consome um mínimo de eletricidade - ou seja, essencialmente uma alternativa aos tradicionais transistores que compõem todos os dispositivos eletrônicos.

A tecnologia envolve a spintrônica, baseada no momento angular de elétrons individuais, e os materiais topológicos, que são isolantes mas apresentam interessantes fenômenos eletrônicos em sua superfície.

Os transistores atuais só funcionam com um fornecimento constante de eletricidade. Componentes magnéticos, por sua vez, não são ainda tão rápidos, mas podem manipular e armazenar informações sem perdê-las quando a eletricidade é desligada, o que significa que seu consumo de energia é muito menor. O spin dos elétrons pode ser entendido como um momento magnético, o que significa que eles funcionam como minúsculos ímãs, sendo essa a essência da spintrônica.

Spintrônica com isolantes topológicos

Finalmente um sucessor do transístor?
Mas o silício tem suas cartas na manga. Recentemente, um processador quântico de silício processou dados com qubits de luz.
[Imagem: Xiaogang Qiang/University of Bristol]

Um método de controlar o magnetismo usa uma corrente elétrica que transporta uma corrente de spin - elétrons com o mesmo spin - para gravar informações, mas isso envolve um fluxo de carga elétrica. Como isso gera perda de energia e dissipação de calor, pode não ser a solução para os grandes centros de dados ou em aplicativos de inteligência artificial, que exigem grandes quantidades de memória.

Mas uma corrente de spin pode ser transportada sem carga elétrica com o uso de um isolante topológico - um material cujo interior é isolante, mas que pode suportar o fluxo de elétrons em sua superfície.

Com isso, Shaloo Rakheja e colegas da Universidade de Nova York, nos EUA, criaram sua vTOPSS (chave de spin topológica controlada eletricamente), que requer apenas campos elétricos (tensões), e não correntes, para chavear entre dois estados lógicos, reduzindo largamente a energia consumida e o calor dissipado.

Vantagens e desafios

O componente, pertencente a uma classe híbrida de materiais, conhecida como heteroestrutura - um ímã, um isolante magnético e um isolante topológico -, ainda é ligeiramente mais lento do que os transistores eletrônicos mais modernos, mas suas inúmeras vantagens podem torná-lo competitivo a médio prazo, permitindo a fabricação de aparelhos com menor consumo, maior durabilidade das baterias, retenção dos dados na ausência de energia e ganhos de desempenho advindos da integração da lógica com a memória.

Seria então o fim de uma era: a Era do Silício, com o conhecido semicondutor sendo substituído por novas classes de materiais.

A equipe anunciou que seus próximos passos incluirão otimizações adicionais nos materiais e no projeto, para melhorar a velocidade de comutação, bem como o desenvolvimento dos primeiros protótipos funcionais, formando circuitos lógicos.

Bibliografia:

Artigo: Voltage-Controlled Topological Spin Switch for Ultralow-Energy Computing: Performance Modeling and Benchmarking
Autores: Shaloo Rakheja, Michael E. Flatté, Andrew D. Kent
Revista: Physical Review Applied
Vol.: 11, 054009
DOI: 10.1103/PhysRevApplied.11.054009






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