Componente valetrônico transmite dados sem emitir calor

Redação do Site Inovação Tecnológica - 19/11/2015

A aplicação de uma corrente elétrica vertical cria uma diferença de energia entre as duas camadas de grafeno, o que quebra sua simetria e permite o controle da corrente de vales.
[Imagem: Seigo Tarucha Lab]

Valetrônica

Uma das áreas de fronteira no campo da computação é a valetrônica, uma possibilidade tecnológica que emergiu com a descoberta do grafeno e outros materiais bidimensionais.

Além de estabelecer uma ponte entre a eletrônica e a computação quântica, a valetrônica acena com circuitos com um consumo mínimo de energia e virtualmente nenhuma dissipação de calor.

Agora, engenheiros da Universidade de Tóquio, no Japão, construíram o primeiro componente valetrônico totalmente controlável.

Corrente de vales

Embora o controle das "correntes de vales" - em oposição às correntes de cargas, ou elétrons - já tivesse sido demonstrado no grafeno, o controle da conversão entre a corrente de cargas convencional e a corrente de vales era limitado.

Yuya Shimazaki e seus colegas construíram um componente com uma camada dupla de grafeno ensanduichada entre duas camadas isolantes, que se mostrou capaz de converter a corrente comum em corrente de vales ao longo de um canal de 3,5 micrômetros.

Assim, a corrente de vale foi transferida a uma distância grande o suficiente para excluir outras possíveis explicações para os resultados. O componente também permite controlar da eficiência da conversão.

A equipe acredita que o sucesso na integração desse dispositivo permitirá a futura fabricação de componentes valetrônicos que operem a temperatura ambiente - no protótipo, a corrente de vales foi detectada a -203,15º C.

Esquema (em cima) e protótipo (embaixo) do componente valetrônico.
[Imagem: Seigo Tarucha Lab]

O que é corrente de vales?

Em escala atômica, a matéria se comporta como partícula ou como onda. Assim, os elétrons possuem um comprimento de onda associado a eles, que normalmente pode ter muitos valores diferentes.

Os sistemas cristalinos, no entanto, - materiais sólidos - parecem ter uma certa "preferência" por alguns comprimentos de onda. O grafeno, por exemplo, tem dois comprimentos de onda favorecidos, conhecidos como K e K'. Isto significa que dois elétrons no grafeno podem ter a mesma energia, mas diferentes comprimentos de onda - ou, dito de outra maneira, diferentes vales.

O termo "vale" refere-se às depressões na onda-elétron, um valor determinado pela simetria do cristal - essas ondulações na banda de condução do grafeno alcançam valores que são denominados "índices de vale".

A eletrônica usa a carga dos elétrons para representar informações, mas quando as cargas fluem através de um material, uma parte da energia é dissipada na forma de calor, um problema para todos os dispositivos eletrônicos atuais. No entanto, se a mesma quantidade de elétrons fluir em um canal em direções opostas, nenhum calor será dissipado. Infelizmente, isso significaria que nenhuma informação poderia ser transferida.

Um componente valetrônico resolve essa deficiência transmitindo as informações em correntes de vale puras, ou seja, uma corrente na qual os elétrons com o mesmo vale fluem na mesma direção - levando a informação sem dissipar calor.

"A corrente de vales, ao contrário da corrente de cargas, é não dissipativa. Isso significa que nenhuma energia é perdida durante a transferência de informações. Com o consumo de energia tornando-se uma questão importante na eletrônica moderna, componentes baseados nas correntes de vales abrem um novo caminho para futuros equipamentos de computação de consumo ultra-baixo," disse o professor Seigo Tarucha, coordenador da equipe.

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