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Eletrônica

Partículas sólidas caminham no interior de um metal

Redação do Site Inovação Tecnológica - 16/07/2014

Memristores: Partículas sólidas caminham no interior de um metal
A descoberta esclarece o princípio de funcionamento dos memristores, que prometem viabilizar os computadores neuromórficos.
[Imagem: Yuchao Yang et al. - 10.1038/ncomms5232]

Memresistência

Depois de décadas de busca, em 2008 pesquisadores finalmente comprovaram a existência do memristor, o quarto componente eletrônico fundamental.

O memristor era considerado o elo perdido da eletrônica porque é capaz de "lembrar seu passado", funcionando como uma memória não-volátil, lembrando da corrente que o atravessou antes.

Isso permite construir computadores que aprendem, imitando as redes neurais do cérebro humano, porque os memristores imitam muito bem as sinapses.

Mas, até agora, os cientistas não entendiam como é que emerge a memória dos memristores - um fenômeno que eles batizaram de memresistência, ou resistência com memória.

Sólido caminha no interior de sólido

Agora, Yuchao Yang e Wei Lu, da Universidade de Michigan, nos Estados Unidos, acreditam ter desvendado esse mistério - ainda que o "desvendamento" pareça mais misterioso do que o próprio mistério.

Para espanto geral, os pesquisadores verificaram que os átomos no interior do material sólido que forma o memristor se aglomeram como se fossem partículas, e então se movimentam como se estivessem soltas em um fluido viscoso.

Em outras palavras, "partículas" metálicas sólidas - são aglomerados de átomos do próprio material - caminham no interior de um material sólido.

"A maioria das pessoas acreditava que não era possível mover partículas de metal em um material sólido," comentou o professor Wei Lu, sem apontar quais pessoas acreditavam que isso seria possível. "Em um líquido ou gás, elas são móveis, e as pessoas entendem isso, mas em um sólido não esperamos esse comportamento. Esta é a primeira vez que isso foi demonstrado."

Memristores: Partículas sólidas caminham no interior de um metal
Átomos carregados unem-se para formar "nanopartículas" no interior do material sólido, e então movimentam-se no interior do metal como se ele fosse um fluido.
[Imagem: Ilia Valov/Wei D. Lu/Nature Communications]

Ponte condutora

Usando um microscópio eletrônico de transmissão, Yuchao Yang gravou o que acontece com os átomos na camada metálica do memristor quando ele é exposto à corrente elétrica.

As imagens mostram que os átomos do metal tornam-se íons - átomos carregados eletricamente - que se aglomeram em conjuntos de milhares, formando verdadeiras nanopartículas no interior do metal.

E, em seguida, essas partículas movimentam-se, formando uma ponte entre os eletrodos em lados opostos do material dielétrico que compõe o memristor.

Dependendo dos materiais envolvidos e da corrente elétrica, a ponte se forma de maneiras diferentes - o grupo demonstrou o estranho processo com vários metais, incluindo prata e platina.

A ponte, chamada por eles de filamento condutor, permanece estendida depois que a energia elétrica é desligada. Então, quando a energia é religada, a ponte está lá como um caminho aberto para a corrente - é assim que o memristor se lembra da corrente anterior que o atravessou.

Circuitos reconfiguráveis

Fazendo mais testes, a equipe descobriu ainda que o campo elétrico pode ser utilizado para alterar a forma e o tamanho do filamento condutor, ou quebrá-lo inteiramente, o que permite controlar a memresistência com grande precisão.

Assim, segundo a equipe, além das já bem conhecidas promessas dos computadores neurais, esta possibilidade de controle abre caminho para usar os memristores para criar uma nova arquitetura onde os circuitos integrados podem ser reconfigurados depois de terem sido fabricados.

Bibliografia:

Artigo: Electrochemical dynamics of nanoscale metallic inclusions in dielectrics
Autores: Yuchao Yang, Peng Gao, Linze Li, Xiaoqing Pan, Stefan Tappertzhofen, ShinHyun Choi, Rainer Waser, Ilia Valov, Wei D. Lu
Revista: Nature Communications
Vol.: 5, Article number: 4232
DOI: 10.1038/ncomms5232






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