Primeiro veio a mudança. Em seguida, o transistor. Agora, outra inovação revolucionará a maneira como controlamos o fluxo de elétrons em um circuito:o dióxido de vanádio (VO2). Uma característica chave deste composto é que ele se comporta como um isolante em temperatura ambiente, mas como um condutor em temperaturas acima de 68 ° C. Este comportamento - também conhecido como transição metal-isolador - está sendo estudado em um ambicioso projeto EU Horizon 2020 chamado Phase-Change Switch. A EPFL foi escolhida para coordenar o projeto após um desafiador processo de seleção.

O projeto vai durar até 2020. Devido à variedade de aplicações de alto potencial que podem surgir com esta nova tecnologia, o projeto atraiu duas grandes empresas - Thales da França e a filial suíça da IBM Research - bem como outras universidades, incluindo Max-Planck-Gesellschaft na Alemanha e a Universidade de Cambridge no Reino Unido. Gesellschaft für Angewandte Mikro- und Optoelektronik (AMO GmbH), um spin-off da Universidade de Aachen na Alemanha, também participa da pesquisa.

Os cientistas sabem há muito tempo sobre as propriedades eletrônicas do VO2, mas não foram capazes de explicá-las até saber. Acontece que sua estrutura atômica muda com o aumento da temperatura, transição de uma estrutura cristalina em temperatura ambiente para uma metálica em temperaturas acima de 68 ° C. E essa transição acontece em menos de um nanossegundo - uma vantagem real para aplicações eletrônicas. "O VO2 também é sensível a outros fatores que podem fazer com que ele mude de fase, como por meio da injeção de energia elétrica, opticamente, ou aplicando um pulso de radiação THz, "diz Adrian Ionescu, o professor da EPFL que dirige o Laboratório de Dispositivos Nanoeletrônicos (Nanolab) da escola e também atua como coordenador do projeto Phase-Change Switch.

O desafio:atingir temperaturas mais altas

Contudo, desbloquear todo o potencial do VO2 sempre foi complicado porque sua temperatura de transição de 68 ° C é muito baixa para dispositivos eletrônicos modernos, onde os circuitos devem ser capazes de funcionar perfeitamente a 100 ° C. Mas dois pesquisadores da EPFL - Ionescu da Escola de Engenharia (STI) e Andreas Schüler da Escola de Arquitetura, Engenharia Civil e Ambiental (ENAC) - pode ter encontrado uma solução para este problema, de acordo com sua pesquisa conjunta publicada em Cartas de Física Aplicada em julho de 2017. Eles descobriram que adicionar germânio ao filme de VO2 pode elevar a temperatura de mudança de fase do material para mais de 100 ° C.

Ainda mais descobertas interessantes do Nanolab - especialmente para aplicações de radiofrequência - foram publicadas em Acesso IEEE em 2 de fevereiro de 2018. Pela primeira vez, cientistas foram capazes de fazer ultracompacto, filtros de frequência moduláveis. Sua tecnologia também usa VO2 e interruptores de mudança de fase, e é particularmente eficaz na faixa de frequência crucial para sistemas de comunicação espacial (a banda Ka, com modulação de frequência programável entre 28,2 e 35 GHz).

Processadores neuromórficos e veículos autônomos

Essas descobertas promissoras provavelmente estimularão pesquisas adicionais sobre as aplicações do VO2 em dispositivos eletrônicos de ultra-baixa potência. Além das comunicações espaciais, outros campos podem incluir computação neuromórfica e radares de alta frequência para carros autônomos.