Cientistas querem entender porque os materiais ferroelétricos apresentam fadiga

Redação do Site Inovação Tecnológica - 15/06/2004

Embora a memória no interior de equipamentos eletrônicos seja freqüentemente mais confiável do que a memória dos humanos, ela também pode piorar com o tempo. Agora uma equipe de cientistas da Universidade Wisconsin-Madison e do Argonne National Laboratory (Estados Unidos) conseguiram descobrir como isso acontece.

A maioria dos aparelhos eletrônicos mais modernos tira vantagem da ferroeletricidade, propriedade de uma família de materiais que consegue reter informações e transformar pulsos elétricos em sinais audíveis e vice-versa.

"O interessante a respeito desses materiais é que eles permitem a construção de memórias eletrônicas que não necessitam de qualquer energia para funcionar," explica Paul Evans, um dos autores de um artigo publicado no último exemplar da revista Nature Materials.

Mas há uma questão impedindo que vários desses materiais sejam utilizados mais amplamente em tecnologias que exigem mais confiabilidade, como os computadores, por exemplo. O problema é que, à vezes, eles param de funcionar. Embora possa chegar até a milhões de operações, essa parada pode ocorrer depois de apenas 10.000 ciclos de leitura e escrita.

A capacidade dos materiais ferroelétricos de armazenar informações reside no arranjo de seus átomos, onde cada estrutura representa um bit de informação. Esta informação muda cada vez que o material recebe um pulso de eletricidade, alterando o arranjo de seus átomos.

Entretanto, cada pulso elétrico - e a correspondente alteração de sua estrutura - gradualmente diminui a capacidade desses materiais de armazenar informações, até o ponto em que eles perdem o dado ou mesmo param de responder aos impulsos elétricos.

Agora os pesquisadores utilizaram a mais brilhante fonte de raios-X existente nos Estados Unidos para criar um quadro detalhado do arranjo dos átomos de vários materiais ferroelétricos durante cada pulso elétrico. Isso os está ajudando a entender a causa da ocorrência dessa fadiga que faz com que esses materiais parem de funcionar.

"Nós queremos entender como eles chaveiam, de forma que possamos construir algo que chaveie mais rapidamente e dure mais antes de se desgastar," explica Evans. A utilização de raios-X permite aos cientistas analisarem materiais no interior de dispositivos reais em funcionamento e não apenas de amostras de laboratório.

Os primeiros resultados levaram a pesquisa em direção à verificação das tensões elétricas aplicadas aos materiais. Um forte pulso elétrico consegue, até certo ponto, fazer com que materiais já desgastados, que não funcionavam mais, voltem a apresentar o chaveamento da estrutura atômica, novamente sendo capazes de armazenar informações. Mas, a seguir, o material volta a apresentar fadiga, não voltando a funcionar.

A novidade agora é que os cientistas possuem um mapa detalhado da estrutura atômica do material ferroelétrico em cada uma dessas situações. Eles esperam que isso os permita decifrar o mistério da fadiga e permita a construção de materiais mais duráveis.