Novo tipo de transístor altera estado da matéria

Redação do Site Inovação Tecnológica - 31/07/2012

À esquerda o esquema e, à direita, microfotografia do transístor de Mott, capaz de alterar a estrutura completa do material.
[Imagem: RIKEN]

Capacidade amplificada

A terceira idade do transístor - ele acaba de completar 65 anos de idade - promete ser qualquer coisa, menos monótona.

Logo depois do surgimento do promissor transístor a vácuo, agora acaba de ser inventado um novo tipo de transístor que permite realizar mudanças no estado da matéria usando correntes elétricas.

Cientistas do laboratório Riken, no Japão, criaram um componente que usa a acumulação eletrostática de cargas sobre a superfície de um material para desencadear uma alteração do seu estado físico.

O material muda completamente, passando de isolante para metálico. E não se trata apenas de uma transição de estados eletrônicos - o material sofre uma mudança em sua estrutura cristalina.

Transístor de Mott

O novo componente já era previsto teoricamente e vinha sendo buscado avidamente pelos cientistas pelo seu potencial de dar maior velocidade e diminuir o consumo de energia dos circuitos eletrônicos.

Ele é chamado de transístor de Mott porque se baseia em um material chamado isolador de Mott - em homenagem ao físico britânico Neville Mott -, um tipo de material que pode passar de condutor elétrico a isolante mediante um rearranjo de seus elétrons.

Inúmeros pesquisadores tentaram construir esses transistores inovadores antes, mas nunca ninguém havia conseguido produzir as correntes necessárias para forçar a transição de fase do isolante de Mott.

Transição de fase

Masaki Nakano e seus colegas resolveram o problema adicionando uma gota de líquido iônico sobre o isolante de Mott - eles usaram dióxido de vanádio.

Quando uma pequena tensão foi aplicada ao líquido iônico, isto gerou um enorme campo elétrico na superfície do isolante de Mott, induzindo-o a mudar de estado.

Melhor do que isso, a transição de fase não aconteceu apenas na superfície do material, mas em todo o seu volume, literalmente transformando todo o bloco de dióxido de vanádio de isolante em metálico e vice-versa.

Embora esse fenômeno de mudança de fase não seja totalmente compreendido, os pesquisadores japoneses descobriram que não se trata apenas de uma mudança de fase eletrônica.

Usando radiação síncrotron, eles verificaram que o dióxido de vanádio sofre uma mudança na sua estrutura cristalina, passando de uma rede monoclínica para uma tetragonal.

A transição de fase não aconteceu apenas na superfície do material, mas em todo o seu volume.
[Imagem: Masaki Nakano, RIKEN)]

Torneira que não pinga

O funcionamento de um transistor pode ser entendido como uma chave, na qual a tensão aplicada a um dos seus eletrodos controla o nível de corrente que flui pelos outros dois eletrodos - a aplicação da tensão naquele primeiro eletrodo liga e desliga a corrente que passa pelos outros dois.

A eficiência do transístor é medida pela comparação entre a corrente que ele deixa passar no estado ligado e a corrente que "vaza" indesejadamente no estado desligado.

Um transístor de mudança de fase pode ser muito mais eficiente do que os transistores atuais, nos quais ocorre apenas uma alteração momentânea na resistência elétrica do material semicondutor, na medida que ele será melhor na fase de condução elétrica por ser um metal, e mais radical na fase de retenção da corrente, por ser um isolante.

Aplicações

Essa descoberta, e a imediata exploração do efeito em um transístor, leva o componente eletrônico sexagenário a uma nova fase da vida, com um horizonte de aplicações ainda mais amplo - além do aumento da eficiência nas aplicações já conhecidas.

E, se o efeito pode ser usado para mudar a fase de um material de isolante para metálico, a descoberta abre novas possibilidades de controlar o estado da matéria de outros materiais.

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