Válvulas eletrônicas renascem e superam transistores em 1.000 vezes

Redação do Site Inovação Tecnológica - 24/06/2026

Estrutura e foto da válvula eletrônica de canal de vácuo/ar modulada por cátodo, ou CMVET.
[Imagem: Wenjing Ying et al. - 10.1038/s41378-026-01234-z]

Válvulas eletrônicas integradas

O rádio, a TV, os equipamentos de som e até os primeiros computadores nasceram graças às válvulas eletrônicas. Todos aqueles circuitos eletrônicos pioneiros eram baseados nas válvulas termoiônicas, componentes - ou uma série de componentes juntos - lacrados a vácuo dentro de um invólucro de vidro.

Mas elas exigiam tensões elevadas e esquentavam tanto quanto lâmpadas incandescentes, além de serem difíceis de miniaturizar, o que finalmente levou à sua substituição pelos transistores de estado sólido de silício.

Mais recentemente, contudo, válvulas eletrônicas planares a vácuo, fabricadas com a tecnologia da microeletrônica moderna, vêm experimentando um renascimento daquela tecnologia como uma potencial sucessora dos transistores de estado sólido porque os elétrons no vácuo podem viajar a velocidades próximas à da luz, o que é 1.000 vezes mais rápido do que no silício - até a NASA está testando esses novos transistores a vácuo.

Só que esses desenvolvimentos encontraram um tropeço: Quando a porta do transístor a vácuo tenta controlar a corrente, os elétrons acabam atingindo a própria porta, em vez do ânodo, gerando um vazamento que torna inviável a integração dessas válvulas para a construção de circuitos funcionais.

Agora, Wenjing Ying e colegas das universidades Shanghai Jiao Tong e Shaoxin, na China, superaram esse desafio desenvolvendo um princípio fundamentalmente novo para o funcionamento das novas válvulas eletrônicas miniaturizadas.

É um princípio de funcionamento todo novo para as válvulas eletrônicas de nova geração. Seu nome é CMVET (Cathode-Modulated Vacuum/Air-Channel Electron Tube, ou válvula eletrônica de canal de vácuo/ar modulada por cátodo).
[Imagem: Wenjing Ying et al. - 10.1038/s41378-026-01234-z]

Válvula eletrônica modernizada

O novo componente consiste em uma válvula eletrônica de canal a vácuo/ar modulado por cátodo que resolve o problema da fuga de corrente através de uma inversão inteligente de funções: Em vez de usar a porta para bloquear ou desviar elétrons em seu caminho para o ânodo, a porta modula a concentração de elétrons dentro do próprio cátodo. Enquanto isso, uma porta traseira, separada por uma camada de óxido, curva a banda de energia do cátodo de silício ultrafino (com apenas 45 nm de espessura).

Uma tensão positiva na porta atrai elétrons para a superfície do cátodo, aumentando a corrente de emissão de campo; uma tensão negativa repele os elétrons, reduzindo a emissão. Como cada elétron que sai do cátodo chega ao ânodo, a corrente na porta é suprimida para valores abaixo de 10^-11 A, várias ordens de magnitude menores do que qualquer válvula a vácuo de nova geração construída até agora.

O componente foi fabricado usando processos padrão compatíveis com circuitos integrados em pastilhas de silício sobre isolante. Os protótipos foram testados em amplificadores de fonte, amplificadores diferenciais, amplificadores em cascata e até mesmo em portas NAND e NOR, marcando a primeira vez que um tubo de elétrons de canal a vácuo/ar foi implementado com sucesso em blocos de circuitos integrados funcionais - sim, são válvulas eletrônicas dentro de chips.

"Trabalhamos nesse problema durante anos, porque todos sabem que, se conseguirmos fazer as válvulas eletrônicas funcionarem novamente em escala de chip, a vantagem em velocidade será enorme," escreveram os pesquisadores. "O motivo pelo qual as tentativas anteriores falharam era sempre o mesmo: O vazamento de corrente na porta. Ao controlar o fornecimento de elétrons no cátodo, em vez de tentar capturar elétrons no ar, finalmente eliminamos esse vazamento. Ver o mesmo dispositivo funcionando como um amplificador, um par diferencial e até mesmo uma porta NAND na bancada de testes foi o momento em que percebemos que essa abordagem realmente tem futuro."

São essencialmente válvulas planas, que já nascem miniaturizadas - sem bulbos de vidro, sem luz e com um aquecimento padrão dos circuitos eletrônicos.
[Imagem: Wenjing Ying et al. - 10.1038/s41378-026-01234-z]

Superando os transistores

A implicação imediata é que essa tecnologia abre um caminho prático para a fabricação de circuitos integrados monolíticos (chips) usando tubos de vácuo em vez de transistores de silício, que poderão operar em velocidades muito superiores às dos transistores atuais, particularmente em aplicações de alta frequência e ambientes hostis, onde os dispositivos de estado sólido apresentam problemas.

Como os canais de vácuo são imunes à radiação e operam em amplas faixas de temperatura, os circuitos baseados nessas microválvulas estados da arte poderão ser utilizados em eletrônica aeroespacial, de defesa e de satélites - o processo de fabricação já é compatível com os circuitos integrados padrão da indústria.

Embora o dispositivo de demonstração ainda não seja saturante, uma deficiência que limita o ganho em algumas configurações, a equipe afirma que reduzir esse efeito é plausível, sendo o próximo objetivo da pesquisa. O que é preciso comemorar, ressaltam eles, é que um obstáculo de décadas ao uso de uma tecnologia mais veloz foi finalmente removido.

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