MATTHEW MODOONO/NORTHEASTERN UNIVERSITY
MADRID, 30 jun. (EUROPA PRESS) -
Pesquisadores da Northeastern University descobriram como alterar o estado eletrônico da matéria sob demanda, um avanço que poderia tornar a eletrônica mil vezes mais rápida e eficiente.
Ao mudar de isolante para condutor e vice-versa, a descoberta cria a possibilidade de substituir os componentes de silício na eletrônica por materiais quânticos exponencialmente menores e mais rápidos.
"Atualmente, os processadores operam a gigahertz", disse Alberto de la Torre, professor assistente de física e principal autor da pesquisa, em um comunicado. "A velocidade de mudança que isso permitiria possibilitaria alcançar os terahertz."
Por meio de aquecimento e resfriamento controlados, uma técnica chamada de "extinção térmica", os pesquisadores conseguem fazer com que um material quântico alterne entre um estado metálico condutor e um estado isolante. Esses estados podem ser revertidos instantaneamente usando a mesma técnica.
Publicadas na revista Nature Physics, as descobertas da pesquisa representam um avanço para os cientistas de materiais e para o futuro da eletrônica: controle instantâneo sobre se um material conduz ou isola eletricidade.
O efeito é semelhante ao de um transistor que alterna sinais eletrônicos. E assim como os transistores permitiram que os computadores se tornassem menores - desde máquinas enormes, do tamanho de uma sala, até o telefone de bolso - o controle sobre os materiais quânticos tem o potencial de transformar a eletrônica, diz Gregory Fiete, professor de física da Northeastern, que colaborou com De la Torre para interpretar as descobertas.
NADA É MAIS RÁPIDO QUE A LUZ
"Todo mundo que já usou um computador chega a um ponto em que quer que algo carregue mais rápido", diz Fiete. "Não há nada mais rápido do que a luz, e nós estamos usando a luz para controlar as propriedades dos materiais na velocidade mais rápida possível que a física permite."
Ao projetar a luz em um material quântico chamado 1T-TaS2 próximo à temperatura ambiente, os pesquisadores alcançaram um "estado metálico oculto" que até agora só era estável em temperaturas criogênicas. Agora, os pesquisadores criaram esse estado metálico condutor em temperaturas mais práticas, diz De la Torre. O material mantém seu estado programado por meses, algo nunca antes alcançado.
"Um dos grandes desafios é como controlar as propriedades dos materiais à vontade", diz ele. "Nossa meta é ter o máximo de controle sobre as propriedades dos materiais. Queremos produzir algo muito rápido, com um resultado muito seguro, porque esse é o tipo de coisa que pode ser explorada em um dispositivo", diz Fiete.
Até agora, os dispositivos eletrônicos exigiam materiais condutores e isolantes, além de uma interface bem projetada entre os dois. Essa descoberta possibilita o uso de um único material que pode ser controlado pela luz para conduzir e depois isolar.
"Eliminamos um dos desafios de engenharia ao integrar tudo em um único material", diz Fiete. "E substituímos a interface pela luz em uma faixa mais ampla de temperaturas."
A pesquisa amplia trabalhos anteriores que usaram pulsos de laser ultrarrápidos para alterar temporariamente a forma como os materiais conduzem eletricidade. Entretanto, essas alterações duravam apenas pequenas frações de segundo e, geralmente, em temperaturas extremamente baixas.
A mudança estável da condutividade em temperaturas mais altas é um avanço significativo para a mecânica quântica, diz Fiete, e para o longo prazo de complementação ou substituição da tecnologia baseada em silício. Os semicondutores, diz ele, contêm tantos componentes lógicos que os engenheiros agora os empilham em três dimensões. No entanto, essa abordagem tem limitações, acrescentou ele, o que torna os materiais quânticos minúsculos mais importantes para o projeto eletrônico.
"Estamos em um ponto em que, para obter melhorias incríveis no armazenamento de informações ou na velocidade de operação, precisamos de um novo paradigma", diz Fiete. "A computação quântica é uma forma de lidar com isso, e outra é a inovação em materiais. Esse é o verdadeiro objetivo deste trabalho.
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