Transístor atômico: cientistas manipulam transístor de um único átomo

Redação do Site Inovação Tecnológica - 23/11/2006

A posição e o efeito de cada átomo individual influencia como todo o transístor irá funcionar.
[Imagem: PRL]

Tecnologia do silício

O silício é o elemento químico fundamental para a era da informação: é de silício que são feitos os componentes eletrônicos que viabilizaram a revolução que o mundo está vivendo com o surgimento da informática e das telecomunicações.

Mas, da mesma forma que se necessita do carbono para transformar o ferro em aço, os componentes eletrônicos - transistores, diodos e os chips inteiros - precisam de uma "pitada" de outros elementos.

Índio, gálio, arsênio e germânio são acrescentados em doses ínfimas no silício, alterando suas propriedades eletrônicas para que ele possa funcionar como um transistor ou um diodo.

Esses elementos são os chamados dopantes, já que alteram o comportamento do silício. Assim, entender o comportamento desses dopantes é essencial para que a indústria continue em seu caminho rumo à miniaturização.

Átomo dopante

Agora, pesquisadores holandeses da Universidade de Delft conseguiram medir o transporte de elétrons em um único átomo no interior de um transístor.

E, além de medir, os cientistas foram capazes de manipular um único átomo de elemento dopante no interior de um ambiente semicondutor realístico.

Conhecer com precisão o comportamento individual dos átomos dopantes é um elemento essencial tanto para a miniaturização quanto para a construção de componentes mais eficientes.

Variações entre componentes

À medida que os componentes eletrônicos ficam menores - hoje medindo algumas poucas dezenas de nanômetros cada um - mesmo que eles sejam produzidos em série sob as mesmas condições, o comportamento de cada um varia bastante em relação aos demais, já que os processos industriais atuais não manipulam átomos individuais - isso ainda vai levar algum tempo.

Essa variação no comportamento acontece porque a quantidade de átomos dopantes no transístor é tão pequena que eles não agem mais como se fossem um material homogêneo. A posição e o efeito de cada átomo individual influencia como todo o transístor irá funcionar. Ou seja, mesmo transistores fabricados na mesma linha de produção não irão se comportar de forma idêntica.

É isso que torna esta pesquisa extremamente interessante, já que ela dá um passo importante rumo ao conhecimento do comportamento individual dos átomos dopantes. Os cientistas conseguiram medir e manipular o comportamento quântico de um único átomo, conseguindo inclusive colocar um ou dois elétrons em uma camada específica do átomo.

Mecânica quântica

O átomo manipulado é de arsênio, inserido em um transístor MOSFET com estrutura de 35 nanômetros. Na prática, o experimento significa que os cientistas foram capazes de observar um transístor de um único átomo, funcionando numa estrutura realística, ou seja, em um transístor padrão da indústria. (Veja também Transístor molecular: cientistas criam transistores de uma única molécula).

Ainda não se trata da solução completa do problema da miniaturização e da fabricação de transistores perfeitamente homogêneos. Mas é um passo importante nesse sentido, fornecendo à indústria informações importantes sobre a mecânica quântica que governa o funcionamento dos átomos dopantes no interior do silício.

Há implicações também em um campo ainda mais distante no futuro, o da computação quântica. Além de permitir uma percepção mais acurada do que acontece na física atômica no interior de um material sólido, a conformação do experimento lembra uma estrutura que será necessária para a construção dos computadores quânticos - pelo menos do chamado design Kane de computador quântico, uma proposta teórica para um computador quântico construído com átomos dopantes no interior de pastilhas de silício.

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