Transístor magnético pode economizar 5% do orçamento mundial de energia

Redação do Site Inovação Tecnológica - 19/04/2022

Renderização dos dois materiais, grafeno (cinza) e óxido de cromo (azul), que coletivamente permitiram fabricar um novo tipo de transístor. As setas vermelha e verde representam o spin, a propriedade dos elétrons relacionada ao magnetismo que pode ser lida como 1 ou 0.
[Imagem: Keke He et al. - 10.1002/adma.202105023]

Da eletrônica para a spintrônica

A tecnologia quis que uma das maiores invenções do século 20, o transístor, também se tornasse a menor delas, hoje medindo pouco mais do que algumas dezenas de átomos.

O problema é que utilizamos esses componentes semicondutores aos bilhões em cada aparelho, o que faz com que, no cômputo geral, eles se tornem responsáveis por uma fatia enorme - e crescente - do consumo mundial de energia.

Assim, uma solução técnica para cortar 5% desse consumo energético pode representar mais do que a energia gerada por países inteiros.

E esta é justamente a inovação apresentada por Keke He e seus colegas da Universidade de Nebraska, nos EUA.

A equipe criou um transístor spintrônico que não apenas consome uma fração da energia usada pelos transistores atuais, como também pode reduzir o número de transistores necessários para armazenar certos dados em até 75%.

Segundo a equipe, se apenas esta tecnologia - sem nenhum melhoramento adicional nos demais componentes e circuitos - vier a ser adotada em larga escala, ela pode reduzir o consumo de energia total dos equipamentos eletrônicos em 5%.

Transístor magnético

Os transistores de silício atuais têm três terminais: Dois deles, chamados de emissor e coletor, servem como pontos inicial e final para os elétrons que fluem pelo componente. Acima desse canal fica o outro terminal, a base. A aplicação de uma tensão entre o coletor e a base determina se a corrente elétrica flui com baixa ou alta resistência, levando a um acúmulo ou ausência de cargas elétricas, que codificam um 1 ou um 0, respectivamente.

Isso significa que essas memórias dependem de um fornecimento constante de energia apenas para manter esses estados binários.

Então, em vez de depender da carga do elétron, a equipe voltou-se para o spin, uma propriedade dos elétrons relacionada ao seu magnetismo, que se convenciona descrever como apontando para cima ou para baixo, igualmente fazendo as vezes de 1 ou 0. E, como o estado é mantido magneticamente, não há necessidade de um suprimento contínuo de energia.

Tem havido progressos contínuos nesse campo, conhecido como spintrônica, mas a equipe obteve um avanço mesclando o conhecido grafeno com óxido de cromo, um material que é magnetoelétrico, ou seja, os spins dos átomos em sua superfície podem ser invertidos de cima para baixo, e vice-versa, aplicando-se uma pequena tensão temporária.

E, como o grafeno tem-se mostrado mais difícil de usar na prática do que se esperava, é possível usar o óxido de cromo com outros materiais bidimensionais, cujo estágio de desenvolvimento já está mais avançado.

"Agora que funcionou, a diversão começa, porque todo mundo vai ter seu próprio material 2D favorito, e eles vão experimentá-lo," disse o professor Peter Dowben, coordenador da pesquisa. "Alguns deles funcionarão muito, muito melhor, e outros não. Mas agora que você sabe que funciona, vale a pena investir em outros materiais mais sofisticados que possam funcionar. Agora todos podem entrar no jogo, descobrindo como tornar o transístor realmente bom e competitivo e, de fato, superar o silício."

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