transistor redox

Transístor baseado em reação química promete computador parecido com o cérebro

 

Ilustração da porta redox para controle do transístor. Os fios verdes representam moléculas funcionais para ativação redox, e a capacidade de funcionar em baixa potência imita a comutação sináptica no cérebro humano, conforme representado pela sinapse subjacente.
[Imagem: ANL]

 

Transístor redox

À medida que os circuitos integrados que alimentam os nossos dispositivos eletrônicos se tornam mais potentes, eles também se tornam menores. Isso exige que cada geração de transistores consuma menos energia do que a geração anterior, ou não será possível empacotar a quantidade crescente deles dentro de cada chip.

Para ajudar a esfriar as coisas, Le Zhang e colegas do Laboratório Nacional Argônio, nos EUA, tiveram uma ideia inusitada: Eles descobriram um modo de fazer o chaveamento de cada transístor usando uma reação química para controlar o movimento dos elétrons.

Batizada de “chaveamento redox”, a técnica exige menos de 1 Volt para funcionar, o que representa um avanço não apenas para a eletrônica convencional, mas também para a eletrônica neuromórfica, que tenta imitar o cérebro.

“Redox” refere-se a uma reação química que causa uma transferência de elétrons. Dispositivos microeletrônicos normalmente funcionam com base em um “efeito de campo” elétrico para controlar o fluxo de elétrons – os transistores mais comuns são chamados FET, sigla em inglês para “transístor de efeito de campo”.

Múltiplas utilidades

Zhang e seus colegas projetaram um componente que consegue regular o fluxo de elétrons que corre de uma extremidade para outra aplicando uma tensão elétrica – essencialmente um tipo de pressão que empurra a eletricidade – através de um material que funciona como uma espécie de porta para os elétrons. Quando a tensão atinge um limite determinado, aproximadamente meio volt, o material começa a injetar elétrons através da porta do material redox de origem para um material que funciona como um canal.

Usando a tensão para modificar o fluxo de elétrons, o componente semicondutor funciona como um transístor, alternando entre estados mais condutores e mais isolantes. “A nova estratégia de porta redox nos permite modular o fluxo de elétrons em uma quantidade enorme, mesmo em baixas tensões, oferecendo uma eficiência energética muito maior,” disse o professor Dillon Fong. “Isso também evita danos ao sistema. Observamos que esses materiais podem ser reciclados repetidamente sem quase nenhuma degradação no desempenho.”

O fenômeno de porta redox também pode ser útil para a criação de novos materiais quânticos, cujas fases possam ser manipuladas em baixa potência, e novos semicondutores de baixa dimensão, como os materiais monoatômicos e os nanofios.

“Controlar as propriedades eletrônicas de um material também traz vantagens significativas para os cientistas que buscam propriedades emergentes além dos dispositivos convencionais”, disse Wei Chen, membro da equipe.

 

Bibliografia:

Artigo: Redox Gating for Colossal Carrier Modulation and Unique Phase Control
Autores: Le Zhang, Changjiang Liu, Hui Cao, Andrew J. Erwin, Dillon D. Fong, Anand Bhattacharya, Luping Yu, Liliana Stan, Chongwen Zou, Matthew V. Tirrell, Hua Zhou, Wei Chen
Revista: Advanced Materials
Vol.: 2308871
DOI: 10.1002/adma.202308871