quinta-feira, 16 de setembro de 2010

Piezoeletrônica: nanotransistores são acionados mecanicamente


Os pesquisadores medem o desempenho do transístor piezoeletrônico usando um laser que altera a condutância de um contato de metal ligado ao componente de óxido de zinco.


Pesquisadores do Instituto de Tecnologia da Geórgia, nos Estados Unidos, criaram uma nova classe de componentes lógicos eletrônicos nos quais a corrente elétrica é controlada pela aplicação de uma tensão mecânica em nanofios de óxido de zinco. Essa nova classe de componentes inclui transistores e diodos que, ao contrário dos transistores e diodos atuais, que são controlados pela passagem de uma corrente elétrica, são acionados por uma pressão mecânica.

Piezoeletrônicos

Nos transistores tradicionais, uma corrente elétrica controla o fluxo da corrente elétrica através de um semicondutor. No novo componente, esta corrente elétrica é gerada pela deformação de nanofios de óxido de zinco - a deformação gera a energia através do efeito piezoelétrico, que produz eletricidade quando determinados materiais cristalinos são submetidos a esforços mecânicos. Por isso, os pesquisadores batizaram os novos componentes eletrônicos de piezoeletrônicos. Esta é a primeira vez que uma ação mecânica é usada para criar uma operação lógica. Um transistor piezoeletrônico é formado por um único nanofio de óxido de zinco, com suas duas extremidades - o emissor e o coletor - fixado em um substrato de polímero por contatos de metal. Quando o componente é flexionado, sua polaridade é invertida conforme a aplicação e a liberação da tensão mecânica distende ou comprime suas extremidades. "Esse tipo de componente permitirá que uma ação mecânica seja interfaceada com a parte eletrônica, e pode se tornar a base para uma nova categoria de dispositivos lógicos que utilizam o potencial piezoelétrico no lugar de uma tensão elétrica," Zhong Lin Wang, coordenador da pesquisa.

Transistores acionados mecanicamente

Mas qual seria a vantagem de um transístor que, em vez de funcionar na casa dos gigahertz, funcione em "velocidade humana", dependendo de um botão acionado manualmente? Embora nunca venham a concorrer com os componentes CMOS que equipam os computadores, os novos componentes poderão ser extremamente úteis em nanorrobótica, em sistemas microeletromecânicos (MEMS) e nanoeletromecânicos (NEMS) e nos dispositivos microfluídicos, ou biochips. Os novos componentes piezoeletrônicos poderão fazer a integração direta desses mecanismos com a eletrônica que os controla, sendo acionados, por exemplo, pela contração do músculo artificial de um robô ou pelo fluxo de líquido no interior de um biochip - além, é claro, do apertar de um botão.


Embora nunca venham a concorrer com os componentes CMOS que equipam os computadores, os novos componentes poderão ser extremamente úteis em nanorrobótica.


O desenvolvimento dos componentes piezoeletrônicos foi possível graças às propriedades únicas dos nanofios de óxido de zinco, que são simultaneamente semicondutores e piezoelétricos. A mesma equipe já havia usado essas nanoestruturas para criar nanogeradores que criam eletricidade a partir do movimento do corpo humano."A família de componentes que desenvolvemos poderá ser usada para criar sistemas em nanoescala auto-alimentados, autônomos e inteligentes," diz Wang. "Podemos criar sistemas complexos totalmente baseados em nanofios de óxido de zinco que tenham sensores, processamento e memória, e alimentados por energia elétrica capturada do meio ambiente".

Piezofototrônicos

Os pesquisadores demonstraram todas as operações lógicas básicas usando seus componentes piezoeletrônicos, incluindo portas lógicas XOR, NAND e funções de multiplexação e demultiplexação. Eles também descobriram que a condutividade do óxido de zinco pode ser controlada com a luz de um laser, que aproveita as propriedades fotoelétricas do material. Quando a luz ultravioleta do laser atinge um contato de metal ligado a uma estrutura de óxido de zinco são criados pares elétrons-lacunas que alteram a barreira de Schottky na interface metal-óxido de zinco. "O laser aumenta a condutividade da estrutura," conta Wang. "O efeito do laser é contrário ao efeito piezoelétrico. O laser reduz a altura da barreira de Schottky, enquanto o efeito piezoelétrico aumenta a altura da barreira." Wang chamou estes novos dispositivos, fabricados pelo acoplamento das propriedades piezoelétricas e fotoelétricas, de componentes piezofototrônicos.

Fonte: Inovação Tecnológica

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