quinta-feira, 21 de abril de 2011

Eletrônica extrema: transístor funciona com um único elétron


O esquema do transístor de elétron único mostra três fios (barras verdes) convergindo para a ilha central (área central verde), que pode acomodar até dois elétrons.


Uma equipe internacional de pesquisadores, com participação de brasileiros, criou um transístor de um único elétron - ou, melhor dizendo, de no máximo dois elétrons. A pesquisa está em uma área de fronteira entre a eletrônica tradicional e a computação quântica. Em tese, o transístor de elétron único tanto poderia ser útil para a criação de memórias ultradensas, levando a miniaturização a um novo patamar, quanto funcionar como um qubit para um computador quântico.

Ilha de elétrons

Em 2006, a equipe do professor Jeremy Levy, da Universidade de Pittsburgh, criou pontos quânticos de germânio que, colocados sobre um substrato de silício, com precisão de 2 nanômetros, eram capazes de aprisionar elétrons individuais. Em 2009, o mesmo grupo criou uma plataforma universal para fabricar componentes eletrônicos com dimensões próximas à escala atômica. Agora eles juntaram todos os ingredientes e criaram uma "ilha de elétrons" que mede apenas 1,5 nanômetro de diâmetro. A ilha se torna o elemento central do transístor de elétron único quando recebe um ou dois moradores - um ou dois elétrons. Os elétrons são levados até lá por meio de nanofios, que funcionam como os eletrodos do transístor. O número de elétrons aprisionados - que pode ser apenas zero, um ou dois - altera as propriedades de condução do dispositivo. Isto permite que o componente funcione como um átomo artificial, de grande interesse na área da computação quântica.

Sensor elétrico e de força

Os elétrons tunelam de um fio para o outro através da ilha. A tensão elétrica no terceiro fio controla as propriedades condutoras do local, fazendo com que o elétron possa ou não tunelar - daí seu funcionamento como transístor. A principal vantagem do transístor de elétron único é a sua extrema sensibilidade a uma carga elétrica, o que o torna potencialmente um sensor elétrico, com um nível inédito de precisão. O componente é ferroelétrico, o que significa que ele pode funcionar como uma memória de estado sólido que não perde os dados na ausência de eletricidade. A ferroeletricidade também torna o transístor sensível a pressões em escala nanométrica, o que o torna potencialmente útil como um sensor de força.

Transistores de elétron único

Os cientistas já conseguiram construir transistores de elétron único e até mesmo um transístor mecânico acionado por um único elétron. O campo da chamada atomotrônica também inclui um transístor atômico, que faz uma ponte entre as computações eletrônica e quântica. Esta pesquisa se diferencia pelo material utilizado - este é o primeiro transístor de elétron único feito inteiramente de óxidos - e pela técnica de fabricação. Mas essa técnica de fabricação está longe daquela com a qual os transistores tradicionais são feitos nas fábricas: os cientistas usam a ponta finíssima de um microscópio de força atômica para manipular os átomos na interface entre um cristal de titanato de estrôncio e um filme de aluminato de lantânio. O trabalho contou com a participação de Gilberto Medeiros Ribeiro, da HP Labs, e Pablo F. Siles, doutorando da Universidade Estadual de Campinas (Unicamp).

Fonte: Inovação Tecnológica

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