Material com supercondutividade superficial pode revolucionar eletrônica

Redação do Site Inovação Tecnológica - 14/07/2009

Estrutura da banda eletrônica de superfície do telureto de bismuto.
[Imagem: Yulin Chen/Z. X. Shen.]

Difícil imaginar um período histórico chamado "Era do Telureto de Bismuto" ou mesmo um lugar chamado "Vale do Telureto de Bismuto." Mas esse material de nome estranho pode ser o composto químico capaz de criar processadores e computadores mais eficientes do que tudo o que pôde ser feito até hoje com o tradicional silício.

Salto evolutivo da informática

Previsto pela teoria apenas muito recentemente, e um sonho antigo de todos os cientistas que trabalham com eletrônica, esse novo material permite que os elétrons circulem sem perdas de energia em sua superfície, a temperatura ambiente. E pode ser fabricado utilizando a tecnologia atual de semicondutores.

Com essas qualidades, o telureto de bismuto tem tudo para patrocinar um salto na velocidade dos circuitos eletrônicos atuais e até mesmo se tornar um "novo silício" para um tipo de computação totalmente novo, chamado spintrônica, que se espera ser o próximo salto evolutivo da informática.

Elétrons com fluxo superficial livre

Agora, os físicos Yulin Chen e Zhi-Xun Shen e seus colegas da Universidade de Stanford, nos Estados Unidos, usaram uma fonte síncrotron de raios X para determinar experimentalmente que o telureto de bismuto é um "isolante topológico" a temperatura ambiente.

Isolantes topológicos, que permitem o fluxo livre de elétrons em sua superfície, não são como os supercondutores e nem servem para a transferência maciça de eletricidade sem resistência. A diferença é que a classe de materiais a que pertence o telureto de bismuto consegue transferir apenas correntes muito pequenas, mas suficientes para serem utilizadas no interior dos chips.

Elétrons sem caminho de volta

Esta quase mágica é possível graças a elétrons surpreendentemente bem-comportados. O spin de cada elétron é alinhado com o movimento do elétron - um fenômeno chamado efeito spin Hall quântico e descoberto recentemente. Este alinhamento é um componente-chave na criação de dispositivos spintrônicos, componentes que vão muito além dos atuais componentes eletrônicos.

"Quando você atinge algo, normalmente ocorre um espalhamento, com alguma possibilidade [da partícula] retornar," explica o teórico Xiaoliang Qi. "Mas o efeito spin Hall quântico significa que não é possível retornar pelo mesmo caminho de ida."

É esse "detalhe" que permite que os elétrons fluam sobre a superfície do telureto de bismuto - e de outros materiais que venham a apresentar a característica de isolante topológico - virtualmente sem resistência. Os elétrons vão se chocar, mas apenas se desviarão, nunca retornando, não aquecendo o material e resultando em um fluxo de eletricidade extremamente eficiente.

Próximo da aplicação prática

E os pesquisadores descobriram que o telureto de bismuto é ainda melhor do que os teóricos haviam previsto.

"Os teóricos chegaram muito perto," explica Chen, "mas há uma diferença quantitativa. Os experimentos mostraram que o telureto de bismuto pode tolerar temperaturas ainda mais altas do que os teóricos previram. Isto significa que o material está mais próximo da aplicação prática do que pensávamos," diz o pesquisador.

Extremamente entusiasmante

E o telureto de bismuto não é um material exótico, ele forma cristais tridimensionais e pode ser crescido facilmente pelas técnicas tradicionais. A partir daí, tudo o que será necessário será dopá-lo, acrescentando elementos para lhe dar as características necessárias para a fabricação dos componentes eletrônicos desejados.

Os pesquisadores chamaram a descoberta das novas propriedades do telureto de bismuto de "algo extremamente entusiasmante." Segundo eles, o material "poderá nos permitir construir um componente eletrônico com novos princípios de funcionamento."

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