Nanotecnologia

Cientistas constroem menor circuito do mundo

Redação do Site Inovação Tecnológica - 17/12/2002

Pesquisadores da IBM construíram e fizeram funcionar o menor circuito de computação do mundo. Os cientistas utilizaram um enfoque inovador, no qual moléculas movem-se individualmente ao longo de uma superfície atômica como peças de dominó caindo.

A nova "cascata molecular" permitiu que os cientistas da IBM construíssem elementos de lógica digital cerca de 260.000 vezes menores do que aqueles utilizados nos mais modernos chips atuais.

Os circuitos foram feitos criando-se um padrão preciso de moléculas de monóxido de carbono sobre uma superfície de cobre. Movendo-se uma única molécula inicia-se um efeito em cascata de movimento de moléculas, da mesma forma que um simples dominó pode gerar a queda seqüencial de um enorme conjunto de peças. Os cientistas então projetaram e construíram minúsculas estruturas que executaram as operações lógicas básicas OR e AND, armazenaram e leram dados, além de criar a fiação necessária para ligar as estruturas para circuitos de computação tradicionais.

O circuito mais complexo que eles construíram é um classificador de três entradas, medindo 12 x 17 nanômetros. Ele é tão pequeno que 190 bilhões desses circuitos caberiam no topo de uma caneta.

"Isto é um marco na busca por circuitos de computador em escala nanométrica," disse Andreas Heinrich, chefe dos pesquisadores. "A 'cascata de moléculas' é não apenas uma forma inovadora para fazer cálculos, mas também representa a primeira vez em que todos os componentes necessários à computação em nanoescala foram construídos, conectados e funcionaram. É a menor construção de circuitos operacionais já feita."

O cascateamento de moléculas funciona porque moléculas de monóxido de carbono podem ser arranjadas sobre uma superfície de cobre em uma configuração energeticamente metaestável, podendo ser alterada para uma configuração de baixa energia, da mesma forma que peças de dominó que caem. A metaestabilidade deve-se à fraca repulsão entre as moléculas de monóxido de carbono espaçadas entre elas por apenas um nó da rede molecular.

É como se bolas de tênis fossem colocadas próximas umas às outras em uma cartela de ovos. Uma vez que as bolas de tênis são ligeiramente maiores do que o espaçamento da cartela, elas empurram umas às outras e não podem cair nos buracos como aconteceria se elas fossem colocadas de forma mais espaçada. Como colocar três bolas de tênis em uma linha de uma cartela de ovos forma uma configuração instável, os cientistas perceberam que uma tríade de moléculas arranjadas em um padrão em V sobre a superfície de cobre poderia rearranjar-se espontaneamente pela movimentação externa da molécula central. Eles então projetaram uma forma de ligar pares de moléculas de forma que o rearranjo de um V inicial formasse um novo V, e assim por diante, em um cascateamento de movimento molecular.

O que permite a computação é que cada cascata carrega um único bit de informação. Por analogia, um dominó de pé pode ser visto como um "1" lógico, enquanto que um dominó caído por ser visto como um "0". Da mesma forma um conjunto molecular cascateado ou não pode representar um "1" ou um "0", respectivamente.

As operações AND e OR e outras características necessárias para circuitos complexos foram criadas projetando-se interseções entre os conjuntos cascateáveis. As disposições das moléculas funcionam como cruzamentos (permitindo que o caminho de dois conjuntos se cruzem) e bifurcações (dividindo um conjunto em dois ou mais caminhos).

A estrutura molecular foi montada movendo-se uma molécula por vez, utilizando-se de um microscópio de tunelamento. Leva-se várias horas para se montar os cascateamentos mais complicados. Uma vez que não há mecanismo de reinicialização, a estrutura pode realizar apenas um cálculo por vez. Mesmo assim os cientistas acreditam que as operações possam ser repetidas com estruturas ainda menores do que uma molécula, como por exemplo, utilizando-se o "spin" de um elétron. E eles acreditam também que logo poderão construir estruturas resetáveis, permitindo a realização de cálculos em seqüência.