Chips menores e mais poderosos

Cientistas das universidades da Califórnia e de Stanford desenvolvem primeiro processador com nanotubos de carbono ao conseguir identificar propriedades semicondutoras e metálicas do dispositivo milhares de vezes mais fino do que um fio de cabelo

Agência FAPESP - A descoberta de nanotubos de carbono, em 1991, entusiasmou cientistas em todo o mundo com a promessa do desenvolvimento de dispositivos do tipo chips de computador ultra-rápidos ou detectores de explosivos com sensibilidade jamais vista. O problema era inserir tais materiais microscópicos num sistema eletrônico que funcionasse.

Em uma importante conquista da nanociência, pesquisadores das universidades de Stanford e da Califórnia em Berkeley, ambas nos Estados Unidos, acabam de desenvolver o primeiro circuito integrado funcional de nanotubos de carbono.

"Trata-se de um passo fundamental para a construção dos mais avançados produtos nanoeletrônicos, nos quais nanotubos de carbono são colocados sobre um potente circuito integrado de silício de modo que possam interagir com um sistema de processamento de dados", disse o líder do projeto de pesquisa Jeffrey Bokor, professor de engenharia eletrônica e ciência da computação da Universidade da Califórnia em Berkeley, em comunidado da instituição.

O uso de nanotubos de carbono pode levar à fabricação de chips de computador capazes de armazenar dez mil vezes mais dados do que os atuais processadores. Outra possibilidade é o desenvolvimento de dispositivos sensíveis o suficiente para detectar traços de explosivos ou de armas químicas em nível molecular.

Apesar de o nanotubo de carbono ser dezenas de milhares de vezes mais fino do que um fio de cabelo humano, ele é extremamente resistente. Além disso, tem propriedades elétricas notáveis.

O caminho para a criação do primeiro circuito híbrido de nanotubo de carbono e silício começou como uma solução para um problema prático: como refinar o processo de produzir nanotubos de modo que tivessem qualidades previsíveis. Dependendo da estrutura molecular específica de cada nanotubo, este pode ser metálico e capaz de conduzir eletricidade ou, então, atuar como um supercondutor, cuja propriedade condutiva pode ser ligada ou desligada.

Mas os processos de pesquisa até então resultavam em proporções imprevisíveis de nanotubos metálicos e semicondutores. Para saber qual a propriedade resultante, os cientistas precisavam checar a condutividade de cada nanotubo, um trabalho exaustivo e demorado.

Para resolver o problema, os pesquisadores de Berkeley e Stanford inicialmente desenvolveram um sistema para automatizar o processo de decodificar milhares de nanotubos. Criaram um chip com circuito semicondutor de óxido de silício metálico batizado de Rant (sigla em inglês para chip de teste de nanotubo com acesso randômico), que contém uma rede de fios de silício e dispositivos formadores do circuito.

Em seguida, passaram a produzir nanotubos de carbono diretamente nas "ilhas" no circuito que continham os catalisadores necessários para a síntese dos tubos. Como o alto calor necessário para a produção de nanotubos deveria derreter o circuito de um semicondutor comum, os cientistas conectaram os transistores com molibdênio, um metal que resiste a elevadas temperaturas.

O chip resultante contém milhares de nanotubos de carbono conectados em um processador de silício com um centímetro quadrado. Ao ligar ou desligar algumas chaves, é possível isolar o caminho que leva a um tubo específico.

Não apenas os pesquisadores conseguiram identificar qual nanotubo respondia à corrente elétrica que passava pelo sistema como também descobriram quando a condutividade poderia ser ligada ou desligada. Ao alterar a condutividade do nanotubo, eles sabiam que se tratava de um exemplar semicondutor e não metálico.

Apesar da importante descoberta, Jeffrey Bokor ressalta que o circuito desenvolvido em laboratório ainda não é um candidato para a produção em escala comercial. Segundo ele, há muito ainda a se fazer antes que nanotubos de carbono possam ser um sucesso industrial.

Os resultados do trabalho dos pesquisares norte-americanos está sendo publicado na edição de janeiro da Nano Letters, da American Chemical Society.

Nanotubos no Brasil

Há diversos grupos de pesquisa brasileiros envolvidos em estudos com nanotubos. Recentemente, Adalberto Fazzio e Walter Orellana, da Universidade de São Paulo, e Roberto Hiroki Miwa, da Universidade Federal de Uberlândia, desenvolveram um modelo teórico para determinar o arranjo geométrico que também pode permitir o uso de nanotubos.

O objetivo dos pesquisadores é conseguir que os nanotubos preservem a capacidade de transportar eletricidade quando depositados sobre uma superfície.

Para ler a reportagem da revista Pesquisa FAPESP sobre o trabalho dos cientistas brasileiros, clique aqui.