Nanomaterial híbrido abre caminho para hardware reconfigurável

Redação do Site Inovação Tecnológica - 18/10/2011

Os íons, ou átomos carregados negativamente (azul) podem ser movimentados entre as nanopartículas positivas (vermelho) que ficam travadas no lugar. As regiões de concentração mais alta de íons se tornam condutoras, enquanto as regiões mais pobres em íons se aproximam de um estado isolante.
[Imagem: Northwestern University]

Hardware flexível

Circuitos eletrônicos especializados são mais eficientes e mais rápidos. Mas custam muito mais caro.

Processadores de uso geral, como os equipam todos os nossos computadores, parecem ser bastante bons, sobretudo quando se leva em conta que eles custam cada dia menos.

Mas tudo poderia ser muito melhor se os processadores fossem capazes de reorganizar sua própria estrutura física, reprojetando seus próprios circuitos, de forma a criar um hardware flexível que se adaptasse a cada tarefa em particular.

Esse sonho parece estar assumindo ares de realidade com uma nova descoberta realizada por Hideyuki Nakanishi e seus colegas da Universidade Northwestern, nos Estados Unidos.

Guiando a eletricidade

Os pesquisadores sintetizaram um nanomaterial híbrido que consegue "dirigir" a corrente elétrica que passa por ele.

"Nossa tecnologia de 'pilotagem' nos permitir dirigir o fluxo de corrente ao longo de um pedaço contínuo de material," garante Bartosz Grzybowski, coordenador da pesquisa.

"Tal como redirecionar um rio, as correntes de elétrons podem ser dirigidas em múltiplas direções através de um bloco do material - mesmo em múltiplas correntes, ou fluindo em direções opostas ao mesmo tempo," acrescenta ele.

O nanomaterial é tão inusitado que resiste à catalogação em qualquer categoria. O jeito foi criar uma nova classe de materiais, já devidamente batizada de eletrônica baseada em nanopartículas.

Essa "nova eletrônica" combina diferentes aspectos da eletrônica baseada no silício e da eletrônica orgânica, geralmente baseada em polímeros.

Eletrônica baseada em nanopartículas

O nanomaterial é composto de nanopartículas eletricamente condutoras, cada uma com cinco nanômetros de diâmetro, feita de ouro e recoberta com um polímero com carregado positivamente.

As nanopartículas, em um agrupamento densamente empacotado, são circundadas por um mar de átomos negativamente carregados, que circulam pelos espaços vazios entre as nanopartículas e equilibram as cargas positivas residentes nas nanopartículas.

Quando uma carga elétrica é aplicada ao material, os átomos carregados negativamente (íons) podem ser movidos e realinhados para formar novas estruturas. Já as nanopartículas, muito maiores do que os átomos, continuam travadas em seus lugares.

Ao movimentar esse mar de íons ao longo do material, os cientistas demonstraram que é possível criar regiões de alta e de baixa condutância.

O resultado é a criação de "fios virtuais", caminhos por onde os elétrons podem fluir ao longo do material.

Usando um sanduíche com dois tipos de nanopartículas, os pesquisadores demonstraram que é possível criar transistores no interior do nanomaterial.
[Imagem: Nakanishi et al./Nature Nanotechnology]

Processador reconfigurável

Mas não apenas fios.

É possível também criar análogos de componentes eletrônicos tradicionais, como diodos e transistores, que são a base dos processadores.

Para isso, basta usar diferentes tipos de nanopartículas para fabricar o material - o grupo demonstrou isso fazendo um sanduíche com o nanomaterial composto por dois tipos diferentes de nanopartículas, mas obedecendo ao mesmo princípio de funcionamento.

Quando é necessário reconfigurar o circuito - para formar um circuito totalmente diferente, com outra estrutura e com um número diferente de transistores - basta ajustar com precisão as correntes elétricas aplicadas em cada ponto do material.

"Além de funcionar como uma ponte tridimensional entre as tecnologias atuais, a natureza reversível deste novo material pode permitir que um computador redirecione e adapte seu próprio circuito para a tarefa que for necessário fazer em cada momento," diz David A. Walker, outro membro da equipe.

Material chaveável

Este material chaveável - que pode alterar suas propriedades em resposta a um estímulo externo - pode ser útil também em outras áreas, como em sensores e catalisadores.

Seu uso para um circuito eletrônico reconfigurável, contudo, vai depender da demonstração efetiva de que múltiplos tipos de nanopartículas permitem a reconfiguração de transistores em tempo real - os cientistas demonstraram uma junção p-n, essencial para a criação do transístor.

Outro desafio significativo de engenharia será prover eletrodos para criar milhões de transistores dentro de um circuito com alguns milímetros quadrados.

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