p Os pesquisadores demonstraram experimentalmente como aproveitar uma propriedade chamada capacitância negativa para um novo tipo de transistor que poderia reduzir o consumo de energia, validando uma teoria proposta em 2008 por uma equipe da Purdue University. p Os pesquisadores usaram um extremamente fino, ou 2-D, camada de dissulfeto de molibdênio semicondutor para formar um canal adjacente a uma parte crítica dos transistores chamada de portão. Em seguida, eles usaram um "material ferroelétrico" chamado óxido de háfnio e zircônio para criar um componente-chave na porta recém-projetada chamada de capacitor negativo.

p Capacitância, ou o armazenamento de carga elétrica, normalmente tem um valor positivo. Contudo, usar o material ferroelétrico na porta de um transistor permite capacitância negativa, o que poderia resultar em um consumo de energia muito menor para operar um transistor. Tal inovação poderia trazer dispositivos mais eficientes que funcionam por mais tempo com a carga da bateria.

p O óxido de háfnio é agora amplamente usado como o dielétrico, ou material isolante, nas portas dos transistores de hoje. O novo design substitui o óxido de háfnio por óxido de háfnio e zircônio, no trabalho liderado por Peide Ye, Richard J. e Mary Jo Schwartz, Professor de Engenharia Elétrica e de Computação da Purdue.

p "O objetivo geral é fazer transistores mais eficientes que consumam menos energia, especialmente para aplicativos com restrição de energia, como telefones celulares, sensores distribuídos, e componentes emergentes para a Internet das coisas, "Ye disse.

p As descobertas são detalhadas em um artigo de pesquisa publicado em 18 de dezembro na revista Nature Nanotechnology .

p A teoria original para o conceito foi proposta em 2008 por Supriyo Datta, o distinto professor Thomas Duncan de Engenharia Elétrica e de Computação, e Sayeef Salahuddin, que era aluno de doutorado da Purdue na época e agora é professor de engenharia elétrica e ciências da computação na Universidade da Califórnia, Berkeley.

p O autor principal do artigo foi o estudante de doutorado em engenharia elétrica e da computação de Purdue, Mengwei Si. Entre os co-autores do artigo estão Ye; Ali Shakouri, a Mary Jo e Robert L. Kirk, Diretor do Centro de Nanotecnologia Birck de Purdue e professor de engenharia elétrica e de computação; e Muhammad A. Alam, o professor Jai N. Gupta de Engenharia Elétrica e de Computação, que fez contribuições críticas e abrangentes para a teoria que descreve a física por trás dos dispositivos de capacitância negativa.

p Transistores são pequenos interruptores que ligam e desligam rapidamente, permitindo que os computadores processem informações em código binário. Desligar adequadamente é de especial importância para garantir que nenhuma eletricidade "vaze". Essa comutação normalmente requer um mínimo de 60 milivolts para cada aumento de dez vezes na corrente, um requisito denominado limite termiônico. Contudo, transistores que aproveitam a capacitância negativa podem quebrar este limite fundamental, comutação em tensões muito mais baixas e resultando em menor consumo de energia.

p Novas descobertas demonstram que o material ferroelétrico e a capacitância negativa na porta resultam em uma boa comutação nos estados ligado e desligado. O novo design atende a outro requisito:para que os transistores liguem e desliguem corretamente, eles não devem gerar uma propriedade eletrônica prejudicial chamada histerese.

p A capacitância negativa foi criada com um processo chamado deposição de camada atômica, que é comumente usado na indústria, tornando a abordagem potencialmente prática para a fabricação.

p A pesquisa está em andamento, e trabalhos futuros irão explorar se os dispositivos ligam e desligam rápido o suficiente para serem práticos para aplicações comerciais de ultra-alta velocidade.

p "Contudo, mesmo sem comutação ultrarrápida, o dispositivo ainda pode ter um impacto transformador em uma ampla gama de dispositivos que podem operar em baixa frequência e devem operar com baixos níveis de energia, "Ye disse.