Pela primeira vez, pesquisadores realizaram operações lógicas com um dispositivo químico usando campos elétricos e luz ultravioleta. O dispositivo e os métodos pioneiros abrem possibilidades de pesquisa, incluindo baixo consumo de energia, chips de computador de alto desempenho.

Os chips semicondutores compreendem minúsculos transistores eletrônicos em camadas de silício. Esses dispositivos não podem ser muito menores porque os efeitos quânticos começarão a predominar. Por esta razão, engenheiros estão buscando novas técnicas e materiais para realizar funções lógicas e de memória.

Estudante de doutorado Keiichi Yano, o professor Yoshimitsu Itoh e o professor Takuzo Aida do Departamento de Química e Biotecnologia da Universidade de Tóquio desenvolveram um dispositivo com funções úteis para computação. Computadores convencionais usam carga elétrica para representar dígitos binários (uns e zeros), mas o novo dispositivo usa campos elétricos e luz ultravioleta. Isso permite operação com baixo consumo de energia e cria menos calor do que os chips convencionais.

O dispositivo também é muito diferente dos chips semicondutores atuais, pois é de natureza química. Essa propriedade dá origem à sua utilidade potencial no futuro da computação. Não é apenas o benefício de energia e calor; este dispositivo também pode ser fabricado de forma fácil e barata. O dispositivo possui moléculas em forma de disco e haste que se auto-montam em formas em forma de escada em espiral chamadas de cristais líquidos colunares (CLC) nas condições certas.

"Uma coisa que adoro em criar um dispositivo usando química é que se trata menos de 'construir' algo; em vez disso, é mais parecido com 'cultivar' algo, "diz Itoh." Com delicada precisão, nós induzimos nossos compostos a formarem formas diferentes com funções diferentes. Pense nisso como programação com química. "

Antes que uma operação lógica comece, os pesquisadores imprensam uma amostra de CLCs entre duas placas de vidro cobertas por eletrodos. A luz polarizada - vibrando em um único plano - passa pela amostra para um detector do outro lado.

No estado padrão da amostra, os CLCs existem em um estado orientado aleatoriamente que permite que a luz alcance o detector. Quando o campo elétrico ou a luz UV são individualmente ligados e desligados, a saída detectada permanece a mesma. Mas quando o campo elétrico e a luz ultravioleta são ligados juntos e desligados novamente após cerca de um segundo, os CLCs se alinham de uma maneira que bloqueia o detector da luz.

Se os estados de saída de claro e escuro e os estados de entrada do campo elétrico e luz UV forem todos atribuídos a dígitos binários para identificá-los, então o processo executou efetivamente o que é chamado de função lógica AND - todas as entradas para a função devem ser "um" para que a saída seja "um".

"A função AND é uma das várias funções lógicas fundamentais, mas o mais importante para computação é a função NOT-AND ou NAND. Esta é uma das várias áreas para pesquisas futuras, "explica Yano." Também queremos aumentar a velocidade e a densidade dos CLCs para torná-los mais práticos de uso. Estou fascinado por como as moléculas de automontagem, como as que usamos para fazer os CLCs, dão origem a fenômenos como funções lógicas. "