Para construir os chips de computador do futuro, os projetistas precisarão entender como uma carga elétrica se comporta quando está confinada a fios de metal com apenas alguns átomos de diâmetro.

Agora, uma equipe de físicos da Universidade McGill, em colaboração com pesquisadores da General Motors R&D, mostraram que a corrente elétrica pode ser drasticamente reduzida quando fios de dois metais diferentes se encontram. A redução surpreendentemente acentuada na corrente revela um desafio significativo que pode moldar as escolhas de materiais e design de dispositivos no campo emergente da nanoeletrônica.

O tamanho dos recursos em circuitos eletrônicos está diminuindo a cada ano, graças à miniaturização agressiva prescrita pela Lei de Moore, que postulou que a densidade dos transistores em circuitos integrados dobraria a cada 18 meses ou mais. Este progresso constante torna possível carregar computadores em nossos bolsos, mas apresenta sérios desafios. À medida que os tamanhos dos recursos diminuem ao nível dos átomos, a resistência à corrente não aumenta mais a uma taxa consistente conforme os dispositivos encolhem; em vez disso, a resistência "salta ao redor, "exibindo os efeitos contra-intuitivos da mecânica quântica, diz o professor de física da McGill, Peter Grütter.

"Você poderia usar a analogia de uma mangueira de água, "Grütter explica." Se você mantiver a pressão da água constante, menos água sai conforme você reduz o diâmetro da mangueira. Mas se você encolher a mangueira até o tamanho de um canudo com apenas dois ou três átomos de diâmetro, a vazão não diminuiria mais a uma taxa proporcional à área da seção transversal da mangueira; variaria de forma quantizada ('saltitante'). "

Essa "estranheza quântica" é exatamente o que os pesquisadores da McGill e da General Motors observaram, conforme descrito em um novo artigo publicado em Proceedings of the National Academy of Sciences . Os pesquisadores investigaram um contato ultrapequeno entre ouro e tungstênio, dois metais usados ​​atualmente em combinação em chips de computador para conectar diferentes componentes funcionais de um dispositivo.

No lado experimental da pesquisa, O laboratório do Prof. Grütter usou técnicas avançadas de microscopia para criar imagens de uma sonda de tungstênio e superfície de ouro com precisão atômica, e reuni-los mecanicamente de uma maneira precisamente controlada. A corrente elétrica através do contato resultante foi muito menor do que o esperado. A modelagem mecânica da estrutura atômica deste contato foi feita em colaboração com Yue Qi, um cientista pesquisador do Centro de P&D da General Motors em Warren, MI.

A modelagem elétrica de última geração por Jesse Maassen no grupo de pesquisa McGill Physics do professor Hong Guo confirmou este resultado, mostrando que as diferenças na estrutura eletrônica entre os dois metais levam a uma diminuição de quatro vezes no fluxo de corrente, mesmo para uma interface perfeita. Os pesquisadores também descobriram que os defeitos do cristal - deslocamentos do arranjo normalmente perfeito dos átomos - gerados ao colocar os dois materiais em contato mecânico foi mais uma razão para a redução observada da corrente.

"O tamanho dessa queda é muito maior do que a maioria dos especialistas esperaria - na ordem de 10 vezes maior, "observa o Prof. Grütter.

Os resultados apontam para a necessidade de pesquisas futuras sobre maneiras de superar este desafio, possivelmente através da escolha de materiais ou outras técnicas de processamento. "O primeiro passo para encontrar uma solução é estar ciente do problema, "Grütter observa." Esta é a primeira vez que foi demonstrado que este é um grande problema "para sistemas nanoeletrônicos".