p (PhysOrg.com) - Os circuitos que podem realizar operações lógicas com o apertar de um botão são uma dúzia hoje em dia, mas uma descoberta feita por pesquisadores nos EUA significou que eles podem ser menores e mais simples do que nunca. Usando um único material como botão e circuito pela primeira vez, cientistas do Instituto de Tecnologia da Geórgia criaram minúsculos circuitos lógicos que podem ser usados como base para robótica e processadores em escala nanométrica. p Professor Zhong Lin (ZL) Wang, quem lidera a pesquisa, explica como as propriedades peculiares do óxido de zinco tornaram esse trabalho possível. “O óxido de zinco é único por causa de suas propriedades piezoelétricas e semicondutoras acopladas.” O efeito piezoelétrico ocorre quando uma tensão em um material, causado por empurrá-lo, por exemplo, muda reversivelmente a estrutura cristalina em uma direção o suficiente para formar um campo elétrico.
p O movimento mecânico induz uma voltagem de um lado do material para o outro. Semicondutores têm a capacidade de conduzir eletricidade, ou não, dependendo de algum fator externo. Em óxido de zinco, essas duas características se combinam e o transporte de corrente elétrica é influenciado pelo efeito piezoelétrico, o que significa que as mudanças na tensão resultam em mudanças na capacidade do material de conduzir eletricidade. Isso é conhecido como efeito piezotrônico.
p Por ter o óxido de zinco na forma de um nanofio, (diâmetro de 300 nanômetros; comprimento de 400 micrômetros), e ligado com metais em cada extremidade, Wang produziu efetivamente um pequeno transistor, que é fechado (aberto ou fechado, com eletricidade fluindo ou não) pela tensão aplicada ao nanofio.
p Nos resultados publicados em
Materiais avançados esta semana, Wang e seus colegas mostram como, combinando um número apropriado desses transistores em vários arranjos, podem ser feitos sistemas que podem processar as funções lógicas básicas de NAND, NEM, e XOR, bem como atuar como multiplexadores (MUX) e demultiplexadores (DEMUX).
p Até agora, processadores lógicos contam com o uso da tecnologia CMOS, usando dois componentes complementares, um óxido de metal e um semicondutor, como o silício. Em processadores CMOS, um sinal elétrico é necessário para operar o portão. Se um estímulo mecânico for necessário, ainda um outro componente deve ser adicionado ao sistema. Por contraste, Wang afirma que seu trabalho representa uma "abordagem totalmente nova para a operação lógica que executa ações mecânicas-elétricas acopladas e controladas em uma unidade de estrutura usando um único material (que é o óxido de zinco) ... Esta é a primeira demonstração de operação eletrônica induzida por ação mecânica com a introdução de um novo mecanismo de condução em comparação com as operações lógicas baseadas em silício existentes. Esta é também a primeira demonstração desse tipo usando nanofios. ”
p Trabalhar em nanoescala apresenta seus próprios desafios, e as partes mais difíceis deste trabalho foram sintetizar nanofios de alta qualidade e manipulá-los no substrato para que funcionassem de forma sincronizada. Mas Wang agora está confiante de que alcançou um bom controle sobre o processo, e os resultados atestam que é esse o caso.
p Os circuitos lógicos não são tão rápidos quanto aqueles atualmente em uso e baseados em CMOS, mas Wang não vê isso como um problema. Na verdade, ele vê as aplicações das duas tecnologias como complementares. “Os dispositivos lógicos com restrição de tensão são projetados para interagir com o ambiente, que está associado a ações mecânicas de baixa frequência, e as aplicações de objetivo e direcionamento são diferentes daquelas dos dispositivos convencionais de silício que visam a velocidade. ” As aplicações previstas incluem nanorobóticos, transdutores, micromáquinas, interface homem-computador, e microfluídica (onde minúsculos canais transportam vários líquidos, geralmente para ser misturado para formas de reação rigidamente controladas).
p O grupo pretende juntar os novos transdutores controlados por tensão para sensores e componentes de desenho de energia que eles prepararam anteriormente também a partir de nanofios de óxido de zinco para torná-los "autossustentáveis, totalmente baseado em nanofios, sistemas nanoescala inteligentes autônomos multifuncionais e autônomos ”. Parece que não precisamos mais apertar um botão.
