Fio ultrafino de nióbio conduz eletricidade seis vezes melhor que cobre

Redação do Site Inovação Tecnológica - 14/04/2025

Nanofio com alguns átomos de espessura de fosfeto de nióbio não cristalino. Quanto mais fino, melhor condutor ele se torna.
[Imagem: Il-Kwon Oh/Asir Khan]

Mais fino, mais energia

A condutividade elétrica do cobre é de 5,96 x 10⁷ S/m (Siemens por metro), enquanto a do nióbio é quase 10 vezes menor, de 6,7 x 10⁶ S/m.

Mas, reforçando o saber de que as coisas não funcionam exatamente como se espera quando chegamos na escala atômica, cientistas descobriram agora que fitas à base de nióbio, quando fabricadas com apenas alguns átomos de espessura, superam em muito a condutividade elétrica do cobre.

Esses filmes finos, feitos de fosfeto de nióbio (NbP), são os primeiros exemplos de materiais não cristalinos a se tornarem melhores condutores à medida que se tornam mais finos. Até agora, os melhores condutores a superar o cobre nas escalas da nanoeletrônica tinham apenas estruturas cristalinas exatas, o que significa que são necessárias temperaturas muito altas para sintetizá-los.

E este é um detalhe importante: O fosfeto de nióbio pode ser fabricado e depositado em temperaturas suficientemente baixas para serem compatíveis com a fabricação de chips. Isso permitirá seu uso para a interligação dos circuitos integrados e demais componentes eletrônicos nas placas de circuito impresso, tornando os eletrônicos do futuro mais potentes e energeticamente mais eficientes.

"Nós estamos rompendo um gargalo fundamental de materiais tradicionais como o cobre," disse Asir Khan, da Universidade de Stanford, nos EUA. "Nossos condutores de fosfeto de nióbio mostram que é possível enviar sinais mais rápidos e eficientes por meio de fios ultrafinos. Isso pode melhorar a eficiência energética dos chips futuros, e mesmo pequenos ganhos se acumulam quando muitos chips são usados, como nas enormes centrais de dados que armazenam e processam informações hoje em dia."

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Um protótipo de chip construído pela equipe usando os fios ultrafinos de fosfeto de nióbio.
[Imagem: Asir Khan/Eric Pop]

Semimetais topológicos

É claro que tudo tem uma explicação.

O fosfeto de nióbio é o que os pesquisadores chamam de semimetal topológico. Isso significa que o material pode conduzir eletricidade, mas suas superfícies externas são mais condutivas do que seu material interno.

Assim, quanto mais fina for fabricada a película de fosfeto de nióbio, menor se tornará seu material interno - mas suas superfícies permanecem as mesmas. Isso permite que suas superfícies externas, mais condutivas, contribuam mais para as correntes elétricas e resultem em um material com melhor condutividade.

Em comparação, metais condutores tradicionais, como o cobre, não são topológicos, o que faz com que se tornem piores condutores de eletricidade conforme vão ficando mais finos. O efeito é maior de 50 nanômetros para baixo. A 1,5 nanômetro, a condutividade elétrica do fosfeto de nióbio é seis vezes maior que a do cobre.

"Acreditava-se que, se quiséssemos aproveitar essas superfícies topológicas, precisaríamos de bons filmes monocristalinos, que seriam realmente difíceis de depositar," comentou o pesquisador Akash Ramdas. "Agora temos outra classe de materiais - esses semimetais topológicos - que potencialmente podem funcionar como uma forma de reduzir o consumo de energia nos eletrônicos."

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