Pesquisadores anunciam o primeiro semicondutor de grafeno funcional, uma descoberta que deve mudar a computação e a eletrônica para sempre. O avanço chega na hora certa. O silício, material usado para fazer quase todos os eletrônicos modernos, está chegando ao seu limite.
Por Redação, com DW - de Berlim
Um grande avanço na área da eletrônica: cientistas criaram o primeiro semicondutor funcional do mundo feito de grafeno, um material conhecido por ser resistente, flexível, leve e de alta resistência.
O avanço chega na hora certa. O silício, material usado para fazer quase todos os eletrônicos modernos, está chegando ao seu limite.
A corrida para desenvolver os semicondutores de grafeno também se dá por causa de sua velocidade superior e eficiência energética em comparação com o silício.
O estudo, publicado na revista científica Nature em 3 de janeiro, apresenta um semicondutor de grafeno funcional que é adequado para uso em nanoeletrônica.
Os autores afirmam que a descoberta representa um passo importante em direção à próxima geração da computação e para uma nova maneira de construir eletrônicos.
– Não sabemos aonde isso vai parar, mas sabemos que estamos abrindo a porta para uma grande mudança de paradigma na eletrônica – disse o autor principal Walter de Heer, do Instituto de Tecnologia da Geórgia, nos EUA, em um comunicado à imprensa. "O grafeno é a primeira etapa. Quem sabe quais serão as próximas, mas há uma boa chance de que o grafeno se torne o paradigma nos próximos cinquenta anos."
Semicondutores de silício estão chegando ao limite
O chip de computadores de mesa, laptops e celulares usam eletricidade que flui através de interruptores de silício para representar uns e zeros, também conhecidos como bits. Usamos semicondutores de silício sempre também que usamos cartão de crédito, ligamos o carro, abrimos portas em ônibus e trens.
– Os semicondutores são essenciais para o funcionamento de todos os computadores. Eles nos permitem criar pequenos interruptores que podem ser ligados e desligados para permitir o fluxo de eletricidade. É essa eletricidade que flui pelos circuitos elétricos que permite que os computadores façam cálculos – disse Sarah Haigh, professora de materiais do Instituto Nacional de Grafeno, da Universidade de Manchester, no Reino Unido.
Mas os semicondutores de silício têm suas limitações, o que levou os cientistas a procurar um novo material.
– Os componentes eletrônicos de silício requerem uma grande quantidade de potência e energia, incluindo a energia necessária para resfriar os componentes eletrônicos quando a energia é emitida como calor – disse Haigh à agência alemã de notícias Deutsche Welle (DW).
Grafeno: material maravilha
O grafeno é uma folha de carbono com a espessura de um átomo. Esses carbonos são dispostos em hexágonos em forma de mosaico, muito parecido com um favo de mel. Apesar de ser o material mais fino do mundo, o grafeno tem propriedades elétricas e estruturais extraordinárias.
É um material incrivelmente forte, cerca de 200 vezes mais forte que o aço. É tão forte que é possível segurar uma bola de futebol com apenas uma camada atômica de grafeno.
O grafeno também é incrivelmente flexível, o que o torna ideal para uso em dispositivos elétricos e baterias, ou mesmo impresso em vidro, plástico ou tecido.
Mas seu potencial para ser usado como um semicondutor mais rápido e eficiente em consumo de energia foi o que mais entusiasmou os cientistas.
– A possibilidade de manter a velocidade excepcional do grafeno, bem como a eficiência da condução de elétrons, sem exigir grandes quantidades de energia, oferece um enorme potencial para que ele seja usado para criar eletrônicos além do silício, com computadores mais rápidos e que usam menos energia para funcionar – disse Haigh.
Primeiro supercondutor funcional de grafeno
O grafeno também tem desvantagens, que vêm impedindo seu uso na eletrônica. Uma das principais questões é conhecida como "problema do intervalo de banda".
– Há mais de uma década, os cientistas da área tentam aplicar a excepcional condutividade do grafeno em circuitos eletrônicos – disse Haigh.
O intervalo de banda é uma propriedade eletrônica crucial que permite que os semicondutores liguem e desliguem. O grafeno não tinha um intervalo de banda, até agora.
A equipe de De Heer descobriu como utilizar grafeno em chips especiais de carbeto de silício. A pesquisa levou 10 anos, pois a equipe refinou os materiais e alterou as propriedades químicas do grafeno até obter a estrutura perfeita.
Finalmente, o grafeno foi capaz de agir como um semicondutor de alta qualidade que rivaliza com o silício.
– O bom do grafeno é que, além de poder fazer coisas menores, mais rápidas e com menos dissipação de calor, você está realmente usando propriedades dos elétrons que não são acessíveis no silício. Portanto, essa é realmente uma mudança de paradigma, uma maneira diferente de fazer eletrônica – disse de Heer.
Eletrônicos mais rápidos e com maior eficiência energética
Os especialistas acreditam que a inovação tem um enorme potencial para o setor de eletrônicos.
– Os eletrônicos de grafeno são mais eficientes porque exigem menos energia para ligar e desligar. Eles também permitem que os elétrons fluam sem criar muito calor indesejado que precisa ser resfriado com ventiladores (o que também demanda energia) – explica Haigh.
– Isso significaria que os telefones poderão ficar semanas sem recarregar a bateria e reduzir o consumo de energia em todas as partes de nossas vidas, reduzindo os custos e a poluição causada pelos combustíveis fósseis – acrescentou.
Os novos supercondutores de grafeno, além da economia de energia e aumento da velocidade das máquinas, ainda podem acelerar o desenvolvimento de tecnologias de computação quântica.
Os computadores quânticos podem resolver em segundos problemas que levariam milênios para serem resolvidos por supercomputadores comuns, mas ainda são um sonho em desenvolvimento.