Pela primeira vez, transistores de nanotubos de carbono superaram os de silício

Há décadas a Ciência tem tentado descobrir como construir a próxima geração de computadores.

Acredita-se que eles seriam feitos de componentes à base de nanotubos de carbono, que, por suas propriedades únicas, poderiam formar dispositivos mais rápidos que consumiriam bem menos energia. Para isso, pela primeira vez, uma equipe de cientistas construiu um transistor de nanotubo de carbono que pode ser executado quase duas vezes mais rápido do que as versões de silício, segundo informações da Science Alert.

De acordo com um dos membros da equipe, Michael Arnold, da Universidade de Wisconsin-Madison, nos EUA, trata-se de um grande marco para a Ciência. “Esta conquista tem sido um sonho da nanotecnologia nos últimos 20 anos”, disse. Os nanotubos de carbono foram desenvolvidos pela primeira vez em 1991. Basicamente, tratam-se de minúsculas peças cilíndricas de carbonos dispostos em matrizes hexagonais, que medem apenas um átomo de espessura – 50.000 vezes mais finas do que um cabelo humano.

Devido ao seu tamanho diminuto, os nanotubos de carbono podem ser embalados em milhões de wafers (uma fatia fina de material semicondutor) que podem atuar apenas como transistores de silício – interruptores elétricos que juntos formam a unidade central de processamento de um computador (CPU).

Apesar de minúsculos, tais nanotubos possuem algumas propriedades únicas. Por exemplo, eles são 100 vezes mais fortes do que o aço, mas apenas com um sexto do peso. São elásticos e flexíveis como um fio de tecido e podem manter suas paredes de 1 átomo de espessura, enquanto crescem centenas de mícrons de comprimento.  A partir de ligações extremamente fortes, que prendem os átomos de carbono em um conjunto de padrões hexagonais, os nanotubos de carbono são capazes de produzir um fenômeno conhecido como deslocalização eletrônica – que permite a uma carga elétrica se mover livremente através deles.

Tal arranjo de átomos de carbono também permite que o calor se mova continuamente através dos nanotubos, conferindo-lhe cerca de 15 vezes mais condutividade térmica e 1.000 vezes mais a capacidade corrente do cobre, enquanto se mantem em uma densidade de apenas a metade da do alumínio.

Devido a todas essas propriedades notáveis, os semicondutores em questão podem ser a resposta para o potencial declínio dos computadores de silício. Neste momento, todos os PCs são executados a partir de processadores e chips de memória feitos do elemento. Se os cientistas souberem como substituir essas peças por outras feitas com nanotubos de carbono, em teoria, poderemos superar a atual velocidade dos computadores em até cinco vezes.

O único problema dos nanotubos de carbono envolve a produção em massa, já que são incrivelmente difíceis de serem separados de pequenas impurezas metálicas que se emaranham durante o processo de fabricação e podem atrapalhar suas propriedades semicondutoras. O fato é que, agora, Arnold e sua equipe finalmente conseguiram descobrir uma maneira de eliminar quase todas as impurezas. “Nós identificamos as condições específicas em que você pode purificar quase todos os nanotubos metálicos, temos menos de 0,01% nanotubos metálicos”, disse. Além da limpeza, os cientistas ainda foram capazes de manipular o espaçamento dos nanotubos em uma wafer.

“O resultado são nanotubos com impurezas metálicas em menos de 0,01%, integrados em um transistor que foi capaz de alcançar uma corrente que foi 1,9 vez maior do que a maioria dos transistores de silício em uso hoje”, disse. Isso significa que, no futuro, poderemos ter baterias de telefones mais duradouras além de tecnologias de processamento mais rápidas. Contudo, os cientistas primeiro terão de construir um computador feito a partir dos nanotubos antes que possamos dar qualquer certeza. 

No momento, a equipe de Arnold já conseguiu escalar seus wafers de 2,5 por transistores de 2,5 cm. Agora, eles estão tentando descobrir como tornar o processo eficiente o suficiente para a produção comercial.

[ Science Alert ] [ Fotos: Reprodução / Science Alert ]