Subindo um Degrau na Tabela Periódica: Nanotransistores de Grafeno São o Futuro

O Silício é, há mais de cinquenta anos, a matéria prima para a produção de transistores, chips e processadores. De fato, em toda a tecnologia usada em escala comercial atualmente, o silício está presente como cerne. Não é impunemente que o Vale do Silício tem esse nome.


Propriedades Físicas

Suas propriedades semicondutoras transformam-no no componente ideal para transistores. Transistores são, basicamentes, amplificadores e interruptores de sinal. A miniaturização do computador, o advento do PC, o computador pessoal, o desenvolvimento dos notebooks, dos netbooks, dos smartphones, enfim, de dispositivos cada vez menores e com mais potencial de processamento se deve à miniaturização dos componentes de silício. Esse constante encolhimento dos componentes eletrônicos foi um fator importantíssimo para o aquecimento da economia mundial nos últimos sessenta anos. Desde os anos 1950 os transistores já se miniaturizaram dezenas de vezes, chegando à escala nanométrica. E aí a coisa complica.


Para escalas tão pequenas e baixíssimas diferenças de potencial, o silício se torna um material, digamos, menos-que-ideal. É necessário, então, "subir um degrau" na tabela periódica, ou seja, pular do Silício para o Carbono, localizado imediatamente acima. Com configuração eletrônica parecida (ou seja, a possibilidade de formar quatro ligações covalentes), o carbono pode apresentar propriedades semicondutoras em determinados alótropos nanoestruturados.


Alótropos do Carbono

Não sabe o que são alótropos? Muito simples: são diferentes organizações moleculares que o carbono pode assumir. As mais comuns e conhecidas são o diamante, em que os átomos de organizam em forma de pirâmide para formar a estrutura mais dura da natureza; o grafite, uma superposição de várias folhas de anéis de carbono e o carvão, também chamado de carbono amorfo, em que os átomos estão dispostos sem uma simetria ou organização específica.


Recentemente, porém, com o advento da nanotecnologia, foi possível explorar outros alótropos do carbono, e mais ainda: construí-los em laboratório. As aplicações são inimagináveis, vão desde o desenvolvimento de contêineres moleculares para quimioterápicos até a confecção de materiais ultrarresistentes para naves espaciais. Quem viu o clássico de ficção científica "Andrômeda" sabe do que estou falando. Para quem não viu, trata-se de uma história onde um debri - um fragmento qualquer vindo do espaço - cai na terra, desencadeando uma epidemia. O fragmento continha uma espécie de vírus mortal, encerrada dentro de uma estrutura muito parecida com a buckyball da figura acima.

Para manter o desenvolvimento da tecnologia foram buscadas inúmeras tecnologias, sendo uma das mais promissoras a chamada BiSFET, ou, em bom português, transistor de efeito de campo pseudospintrônico de dupla camada, talvez uma homenagem ao MOSFET (transistor efeito de campo de metal-óxido-semicondutor).Parece grego? Vamos explicar!

O Grafeno
Primeiro vamos entender o que é o grafeno, a base dessa nova tecnologia. O grafeno é uma espécie de camada única de grafite: uma teia bidimensional infinita de carbonos nanoestruturados. O transistor BiSFET consiste em duas folhas de grafeno separadas por uma distância mínima de ar ou vácuo (isolantes). Em determinadas condições, mesmo à temperatura ambiente, os elétrons das duas folhas de grafeno passam a um estado coletivo de superfluidez, grosso modo, onde um vai todos vão, e são necessários potenciais ínfimos para movê-los de uma folha para outra. Um potencial da ordem de 25mV é suficiente para que todos os elétrons que podem ser movidos se mudem para apenas uma das folhas, transformando o dispositivo num interruptor perfeito, e, portanto, num transistor perfeito.

O BiSFET foi desenvolvido por pesquisadores que fazem parte de um programa nacional norte-americano de colaboração para pesquisa em nanotecnologia, cujo objetivo é transformar os transistores de carbonos nanoestruturados uma realidade em menos de dez anos. O grupo inclui o professor Jeff Welser, diretor da Iniciativa de Pesquisa em Nanoeletrônica, na Corporação de Pesquisa de Semicondutores(SRC) e o professor Bhagawan Sahu, a Academia Sudoeste de Nanotecnologya(SWAN).


O Que Já Foi Feito e Expectativas

É óbvio que construir e operar um dispositivo de tais dimensões - cada folha de grafeno tem a espessura de um único átomo de carbono - não é uma tarefa fácil. Foram, portanto, realizadas simulações computacionais de seu funcionamento ao invés de experimentos. Para tanto, os pesquisadores utilizaram quatro supercomputadores do Centro de Computação Avançada do Texas.

Se as dificuldades operacionais de fabricação do BiSFET forem vencidas, é certo que presenciaremos uma enorme revolução na computação, tanto na fabricação de hardware quanto os softwares que poderiam ser desenvolvidos para tão poderosos dispositivos.


Saiba Mais:

[1] LifeScience: http://www.livescience.com/18543-gra...s-nsf-bts.html