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Microchips de grafeno em nanoescala podem tornar telefones e laptops milhares de vezes mais rápidos, dizem cientistas

Thaís Garcia

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Imagem: Freepik License

Pesquisadores descobriram as propriedades eletrônicas do grafeno dobrando o material como papel de origami.

Tiras de grafeno dobradas de maneira semelhante ao papel de origami poderiam ser usadas para construir microchips que são até 100 vezes menores do que os chips convencionais, segundo físicos – e a utilização desses minúsculos chips em telefones e laptops pode aumentar significativamente o desempenho dos dispositivos, informou a Genesis Nanotechnology.

Uma nova pesquisa da Universidade de Sussex, no Reino Unido, mostra que alterar a estrutura de nanomateriais como o grafeno pode desbloquear propriedades eletrônicas e permitir que o material atue efetivamente como um transistor.

Os cientistas criaram deliberadamente dobras em uma camada de grafeno e descobriram que o material poderia, como resultado, ser feito para se comportar como um componente eletrônico. O grafeno e suas dimensões em nanoescala podem, portanto, ser aproveitados para projetar os menores microchips, que serão úteis para desenvolver telefones e laptops mais rápidos.

Alan Dalton, professor da escola de Ciências Matemáticas e Físicas da Universidade de Sussex, disse: “Estamos criando mecanicamente dobras em uma camada de grafeno. É um pouco como um nano-origami.”

“Este tipo de tecnologia ‘straintronics’ (uma situação na física, mostrada no grafeno e em outros lugares, em que uma deformação aplicada faz com que os elétrons se comportem como se estivessem em um campo magnético) usando nanomateriais em vez de eletrônicos – permite espaço para mais chips dentro de qualquer dispositivo. Tudo o que queremos fazer com computadores – para acelerá-los – pode ser feito amassando o grafeno assim.

Descoberto em 2004, o grafeno é uma folha de átomos de carbono com a espessura de um átomo que, devido à sua largura nanométrica, é efetivamente um material bidimensional. O grafeno é mais conhecido por sua força excepcional, mas também pelas propriedades de condutividade do material, o que já gerou muito interesse na indústria eletrônica, incluindo da Samsung Electronics.

O campo da ‘straintrônica’ já mostrou que deformar a estrutura de nanomateriais 2D como o grafeno, mas também o dissulfeto de molibdênio, pode desbloquear propriedades eletrônicas importantes, mas o impacto exato de diferentes “dobras” permanece mal compreendido, argumentaram os pesquisadores.

No entanto, o comportamento desses materiais oferece um enorme potencial para dispositivos de alto desempenho: por exemplo, alterar a estrutura de uma tira de material 2D pode alterar suas propriedades de dopagem, que correspondem à densidade de elétrons, e converter efetivamente o material em um supercondutor.

Os pesquisadores realizaram um estudo aprofundado do impacto das mudanças estruturais em propriedades como dopagem em tiras de grafeno e de dissulfeto de molibdênio. De dobras e rugas a buracos, eles observaram como os materiais podem ser torcidos e virados para eventualmente serem usados ​​para projetar componentes eletrônicos menores.

Manoj Tripathi, pesquisador em materiais nanoestruturados na Universidade de Sussex, que liderou a pesquisa, disse: “Nós mostramos que podemos criar estruturas de grafeno e outros materiais bidimensionais simplesmente adicionando dobras deliberadas na estrutura. Ao fazer esse tipo de ondulação, podemos criar um componente eletrônico inteligente, como um transistor ou uma porta lógica.”

As descobertas devem ressoar em uma indústria pressionada em conformidade com a lei de Moore, que afirma que o número de transistores em um microchip dobra a cada dois anos, em resposta à crescente demanda por serviços de computação mais rápidos.
O problema é que os engenheiros estão lutando para encontrar maneiras de colocar muito mais poder de processamento em chips minúsculos, criando um grande problema para a indústria de semicondutores tradicional.

Um minúsculo transistor à base de grafeno pode ajudar significativamente a superar esses obstáculos. “Usar esses nanomateriais tornará nossos chips de computador menores e mais rápidos. É absolutamente necessário que isso aconteça, já que os fabricantes de computadores estão agora no limite do que podem fazer com a tecnologia tradicional de semicondutores. Em última análise, isso tornará nossos computadores e telefones milhares de vezes mais rápidos no futuro”, disse Dalton.

Grafeno

O grafeno estável e bidimensional foi descoberto acidentalmente em 2004 pelos físicos russos André Geim e Konstantin Novoselov, o que garantiu aos pesquisadores o prêmio Nobel de Física em 2010. Ele é o material mais resistente já conhecido, tamanha resistência decorre das fortes ligações químicas formadas entre seus átomos de carbono. Ele é cerca de 200 vezes mais resistente que materiais largamente utilizados na construção civil, como o aço.

O grafeno é formado por um arranjo de átomos de carbono em uma estrutura hexagonal planar, na forma de favos de mel, com espessura de apenas um átomo de carbono. Uma folha de grafeno isolada tem espessura menor do que meio nanômetro, sendo que um nanômetro corresponde a um milímetro dividido em um milhão de vezes.

Com um valor de mercado mil vezes maior do que o mineral que lhe dá origem, o grafeno desponta como um material de grande utilidade na indústria do futuro próximo, por suas inúmeras propriedades físicas e químicas.

O Brasil possui uma das maiores reservas mundiais de grafite e atualmente responde pela terceira maior produção do mineral. Minas Gerais lidera a produção nacional e contribui com mais de 70% do grafite produzido no País. Ao lado dessa produção mineral, um estudo de mercado da DataM Intelligence 4Market Research projeta que o mercado mundial de grafeno seja de bilhões de reais até 2025.

A pesquisa de Dalton e Tripathi, sob essa luz, parece ser mais um passo para encontrar um uso potencialmente revolucionário para o grafeno.

 

Cristã e Correspondente Internacional na Europa.