Com uma história marcante que inclui mais de meio século de pesquisas, um Prêmio Nobel, e várias tentativas de aplicações práticas, a história da resistência diferencial negativa - ou NDR - parece um mistério científico, um mistério que os físicos da Universidade de Alberta finalmente conseguiram desvendar.

O que isto significa? Uma oportunidade de combinar o conhecimento com a tecnologia existente para criar mais rapidamente, mais barato, e dispositivos eletrônicos menores, um benefício para o contínuo boom da era digital.

NDR é um efeito estranho. Podemos imaginar isso pensando na água sendo empurrada por uma mangueira. Quanto maior a pressão, quanto mais rápido o fluxo. Elétrons em um fio agem de forma semelhante, exceto que a tensão é aplicada em vez de pressão para induzir o fluxo. Com água, pressão aumentada é igual a fluxo aumentado, mas em circunstâncias especiais com eletricidade, às vezes há um efeito retrógrado e contra-intuitivo onde o fluxo diminui:essa é a resistência diferencial negativa.

A primeira tentativa de uma aplicação prática para NDR, o diodo Esaki, nomeado em homenagem ao inventor físico japonês Leo Esaki, foi recebido na década de 1950 com grande entusiasmo, alguns até proclamando que ele é mais importante do que o transistor. A obra recebeu o Prêmio Nobel. Logo depois ficou claro que a produção em massa era muito difícil, o dispositivo outrora anunciado foi relegado a aplicações de nicho.

A replicação do efeito NDR de uma forma que pudesse ser amplamente implantada permaneceu uma meta atraente. Alternativas para o Diodo Esaki foram encontradas, mas esses também resistiram à produção em massa. O advento dos microscópios de tunelamento de varredura nos anos 80 e o acesso que eles fornecem às propriedades dos materiais em nanoescala levaram a assinaturas tentadoras de NDR de irregularidades estruturais em escala atômica no silício. A excitação foi reacendida, mas a compreensão e a capacidade de fabricação adequadas permaneceram indefinidas.

Avançando para o presente, e uma equipe de físicos liderada por Robert Wolkow, da Universidade de Alberta, descobriu agora a estrutura atômica precisa que dá origem ao NDR. Além disso, considerando as regras particulares que a mecânica quântica impõe para o fluxo de elétrons através de um único átomo, Colega de Wolkow, físico teórico Joseph Maciejko, foi bem-sucedido em explicar a primeira redução de perplexidade na corrente com o aumento da tensão. Esses resultados apontam o caminho para aplicações práticas e lucrativas na eletrônica do dia-a-dia, como telefones e computadores.

"Acontece que, se você puder ver facilmente como incorporar de maneira organizada e econômica esse efeito de NDR aos transistores eletrônicos existentes, você pode tornar menor, mais rápido, aparelhos mais baratos, "diz Wolkow." O valor de um transistor híbrido / circuito NDR é conhecido há décadas, mas ninguém foi capaz de fazê-lo de forma eficiente ou barata o suficiente para fazer valer a pena.

"Ao longo dos anos, pessoas publicaram artigos sobre variantes do mesmo efeito em escala atômica. Infelizmente, o enigma da estrutura e suas propriedades nunca foi resolvido. Mas agora sabemos exatamente por que isso acontece, sabemos exatamente o que os constituintes precisam estar presentes para que seja controlado. Definimos a estrutura atômica exata que dá origem ao NDR, e felizmente é fácil de fazer. Também, finalmente elucidamos o mecanismo em jogo - ou devo dizer em funcionamento. "

Wolkow explica que agora existe um potencial muito realista para combinar esse fenômeno NDR com a eletrônica do dia-a-dia de uma forma prática, maneira acessível, um avanço potencialmente avaliado em bilhões para a indústria de tecnologia.

"Resistência negativa com um único átomo" foi publicado em 30 de dezembro em Cartas de revisão física .