Novo transistor integra elementos semicondutores com supercondutores

Redação do Site Inovação Tecnológica - 13/07/2005

Cientistas da Universidade de Delft, Holanda, e da empresa Philips, trabalhando conjuntamente, construíram o primeiro transístor supercondutor, utilizando nanofios semicondutores. Esse componente supercondutor/semicondutor, construído em nanoescala, permite a fabricação de circuitos eletrônicos supercondutores e, ao mesmo, oferece novas oportunidades para o estudo dos fenômenos fundamentais do transporte quântico.

Depois da invenção do transístor, em 1947, os semicondutores tornaram-se o material de referência para a eletrônica. Esse sucesso resultou da possibilidade de se controlar a resistência de um semicondutor por meio de uma voltagem, aplicada em um de seus eletrodos.

Apesar do gigantesco número de diferentes tipos de componentes semicondutores que existem hoje, os cientistas não tinham tido sucesso na integração de materiais supercondutores com os tradicionais semicondutores. Essa combinação aparentemente exótica tem atraído a atenção de físicos do mundo todo desde a década de 1980.

A principal vantagem dessa combinação é a possibilidade de construção de circuitos eletrônicos baseados em elementos supercondutores, que não dissipam calor. Obviamente que, no atual estágio da tecnologia, a aplicação prática desses novos componentes se limitará àquelas onde as baixas temperaturas não sejam um fator condicionante: os supercondutores hoje só funcionam em temperaturas "criogênicas", ou seja, extremamente baixas.

Os resultados da pesquisa, publicada no exemplar de 8 de Julho da revista Science, mostram que a combinação de nanofios do semicondutorarseneto de índio, com contatos supercondutores feitos de alumínio, resulta em transistores muito fáceis de serem produzidos.

No novo componente, uma supercorrente - uma corrente sem resistência - pode fluir através do nanofio, partindo de um contato supercondutor e desembocando em outro. Esse efeito quântico pode ser descrito como uma "fuga" de pares Cooper - elétrons emparelhados, responsáveis pela supercondutividade - dos contatos supercondutores para o nanofio semicondutor. E, mais importante, a supercorrente pode ser controlada por meio de uma voltagem aplicada à porta do transistor, transformando-o em um transistor de supercorrente.

Teve um papel central neste trabalho a utilização de um método, recentemente descoberto, por meio do qual os nanofios são construídos a partir de uma tecnologia "bottom up", ou seja, de baixo para cima. Ao invés de se crescer camadas de material, removendo-se a seguir as áreas não necessárias, os nanofios podem agora ser construídos de pequenos blocos básicos.

No caso, os nanofios são construídos de minúsculas partículas de ouro, por meio de um processo de deposição líquido-sólido. As nanopartículas têm tamanhos entre 10 e 100 nanômetros, com seus tamanhos reais definindo a espessura do nanofio. Seu comprimento, por sua vez, é proporcional ao tempo de crescimento, podendo facilmente atingir as dezenas de micra, o que oferece uma proporção que permite sua utilização para a construção de outros componentes.

A descoberta também oferece boas perspectivas para a computação quântica. Utilizando-se dois transistores de supercorrente, será possível a construção de um componente supercondutor de interferência quântica eletricamente ajustável - ou SQUID ("Electrically Tunable Superconducting Quantum Interference Device").

Os SQUID poderão ser utilizados em arquiteturas de computadores quânticos de estado sólido, funcionando como um elemento chaveável de acoplamento entre os qubits - bits quânticos supercondutores.

Outra possibilidade de uso do novo transístor supercondutor é a combinação de um LED de nanofio com supercondutores, permitindo a transferência de informação quântica de elétrons para fótons.

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