p (Phys.org) - Por décadas, dispositivos eletrônicos estão ficando menores, e menor, e menor. Agora é possível - até mesmo rotineiro - colocar milhões de transistores em um único chip de silício. p Mas os transistores baseados em semicondutores podem ficar pequenos. "No ritmo em que a tecnologia atual está progredindo, em 10 ou 20 anos, eles não serão capazes de ficar menores, "disse o físico Yoke Khin Yap, da Michigan Technological University." Além disso, os semicondutores têm outra desvantagem:eles desperdiçam muita energia na forma de calor. "

p Os cientistas fizeram experiências com diferentes materiais e designs de transistores para resolver esses problemas, sempre usando semicondutores como o silício. Em 2007, Yap queria experimentar algo diferente que pudesse abrir as portas para uma nova era da eletrônica.

p “A ideia era fazer um transistor usando um isolador em nanoescala com metais em nanoescala no topo, "disse ele." Em princípio, você pode pegar um pedaço de plástico e espalhar um punhado de pós de metal por cima para fazer os dispositivos, se você fizer isso direito. Mas estávamos tentando criá-lo em nanoescala, então escolhemos um isolador em nanoescala, nanotubos de nitreto de boro, ou BNNTs para o substrato. "

p A equipe de Yap descobriu como fazer tapetes virtuais de BNNTs, que são isolantes e, portanto, altamente resistentes à carga elétrica. Usando lasers, a equipe então colocou pontos quânticos (QDs) de ouro tão pequenos quanto três nanômetros no topo dos BNNTs, formando QDs-BNNTs. BNNTs são substratos ideais para esses pontos quânticos devido ao seu pequeno, controlável, e diâmetros uniformes, bem como sua natureza isolante. Os BNNTs restringem o tamanho dos pontos que podem ser depositados.

p Em colaboração com cientistas do Oak Ridge National Laboratory (ORNL), eles dispararam eletrodos em ambas as extremidades dos QDs-BNNTs em temperatura ambiente, e algo interessante aconteceu. Os elétrons saltaram com muita precisão de um ponto dourado para outro ponto dourado, um fenômeno conhecido como tunelamento quântico.

p “Imagine que os nanotubos são um rio, com um eletrodo em cada banco. Agora imagine alguns pequenos degraus do outro lado do rio, "disse Yap." Os elétrons saltaram entre as pedras de ouro. As pedras são tão pequenas, você só pode obter um elétron por vez na pedra. Cada elétron está passando da mesma maneira, para que o dispositivo esteja sempre estável. "

p A equipe de Yap havia feito um transistor sem semicondutor. Quando a tensão suficiente foi aplicada, ele mudou para um estado de condução. Quando a tensão estava baixa ou desligada, ele reverteu ao seu estado natural como um isolante.

p Além disso, não houve "vazamento":nenhum elétron dos pontos de ouro escapou para os BNNTs isolantes, mantendo assim o canal de tunelamento resfriado. Em contraste, o silício está sujeito a vazamentos, que desperdiça energia em aparelhos eletrônicos e gera muito calor.

p Outras pessoas fizeram transistores que exploram o tunelamento quântico, diz o físico John Jaszczak da Michigan Tech, que desenvolveu a estrutura teórica para a pesquisa experimental de Yap. Contudo, esses dispositivos de tunelamento só funcionaram em condições que desencorajariam o usuário típico de celular.

p "Eles só operam em temperaturas de hélio líquido, "disse Jaszczak.

p O segredo do dispositivo de ouro e nanotubo de Yap é seu tamanho submicroscópico:um mícron de comprimento e cerca de 20 nanômetros de largura. "As ilhas de ouro têm que ter nanômetros de diâmetro para controlar os elétrons em temperatura ambiente, "Jaszczak disse." Se eles forem muito grandes, muitos elétrons podem fluir. "Neste caso, menor é realmente melhor:"Trabalhar com nanotubos e pontos quânticos leva você à escala desejada para dispositivos eletrônicos."

p "Teoricamente, esses canais de tunelamento podem ser miniaturizados em dimensão virtualmente zero quando a distância entre os eletrodos é reduzida a uma pequena fração de um mícron, "disse Yap.

p Yap entrou com um pedido de patente internacional completa da tecnologia.