p Os circuitos integrados tradicionais à base de silício são encontrados em muitas aplicações, de grandes servidores de dados a carros e telefones celulares. Sua ampla integração se deve em parte à capacidade da indústria de semicondutores de continuar a fornecer desempenho confiável e escalonável por décadas. p Contudo, enquanto os circuitos baseados em silício continuam a encolher de tamanho na busca implacável da Lei de Moore - a previsão de que o número de transistores que podem caber em um circuito integrado dobra a cada dois anos - o consumo de energia está aumentando rapidamente. Além disso, a eletrônica de silício convencional não funciona bem em ambientes extremos, como altas temperaturas ou radiação.

p Em um esforço para sustentar o avanço desses dispositivos enquanto reduz o consumo de energia, diversas comunidades de pesquisa estão procurando tecnologias híbridas ou alternativas. A tecnologia de switch nanoeletromecânica (NEM) é uma opção que se mostra muito promissora.

p "Os interruptores NEM consistem em uma nanoestrutura (como um nanotubo de carbono ou nanofio) que se desvia mecanicamente sob forças eletrostáticas para fazer ou quebrar o contato com um eletrodo, "disse Horacio Espinosa, James N. e Nancy J. Farley Professor em Manufatura e Empreendedorismo na McCormick School of Engineering da Northwestern University.

p NEM switches, que pode ser projetado para funcionar como um transistor de silício, pode ser usado em dispositivos autônomos ou híbridos de silício NEM. Eles oferecem consumo de energia ultrabaixo e uma forte tolerância a altas temperaturas e exposição à radiação.

p Dado seu potencial, a última década viu uma atenção significativa ao desenvolvimento de dispositivos NEM híbridos e autônomos. Esta década de progresso é revisada pelo grupo de Espinosa na edição atual da revista. Nature Nanotechnology. Sua revisão fornece uma discussão abrangente sobre o potencial dessas tecnologias, bem como os principais desafios associados à sua adoção.

p Por exemplo, um desafio de longa data tem sido criar matrizes de milhões de nanoestruturas, como nanotubos de carbono, que são usados ​​para fazer esses dispositivos NEM. (Para perspectiva, a moderna eletrônica de silício pode ter bilhões de transistores em um único chip.) A revisão dos pesquisadores descreve os métodos demonstrados até o momento para criar essas matrizes, e como eles podem fornecer um caminho para a realização de dispositivos híbridos NEM-CMOS em escala de massa.

p De forma similar, enquanto os dispositivos NEM individuais mostram desempenho extremamente alto, tem sido difícil até agora fazê-los operar de forma confiável por milhões de ciclos, o que é necessário se eles forem usados ​​em produtos eletrônicos de consumo. A revisão detalha os vários modos de falha e descreve métodos promissores para superá-los.

p Um exemplo dos avanços que facilitam a robustez aprimorada das tecnologias de switch NEM é relatado na edição atual de Materiais Avançados. Aqui, Espinosa e seu grupo mostram como a seleção de novos materiais pode melhorar muito a robustez dos dispositivos NEM-CMOS híbridos e autônomos.

p "Dispositivos NEM com eletrodos de metal comumente usados ​​muitas vezes falham por um de uma variedade de modos de falha após apenas alguns ciclos de atuação, "disse Owen Loh, um estudante de doutorado na Northwestern University e co-autor do artigo, atualmente na Intel.

p Simplesmente substituindo os eletrodos de metal por eletrodos feitos de filmes de carbono condutores semelhantes a diamante, o grupo conseguiu melhorar drasticamente o número de ciclos que esses dispositivos suportam. Os switches que originalmente falhavam após menos de 10 ciclos agora operavam por 1 milhão de ciclos sem falha. Este avanço fácil, mas eficaz, pode fornecer um passo fundamental para a realização dos dispositivos NEM, cujo potencial é descrito na revisão recente.

p O trabalho relatado em Materiais Avançados foi uma colaboração conjunta entre a Northwestern University, o Centro de Nanotecnologias Integradas dos Laboratórios Nacionais Sandia, e o Center for Nanoscale Materials at Argonne National Laboratories. O financiamento foi fornecido pela National Science Foundation, o Escritório de Pesquisa do Exército, O Departamento de Energia dos EUA, e o Escritório de Pesquisa Naval.

p "Em última análise, a realização de dispositivos híbridos NEM-CMOS de próxima geração permitirá o dimensionamento contínuo da eletrônica que alimenta vários sistemas que encontramos diariamente, "Disse Espinosa." Ao mesmo tempo, exigirá um esforço contínuo da engenharia, ciências básicas, e comunidades de ciência de materiais. "