Um engenheiro da Escola de Engenharia e Ciência da Computação Erik Jonsson da Universidade do Texas em Dallas projetou um novo sistema de computação feito exclusivamente de carbono que pode um dia substituir os transistores de silício que alimentam os dispositivos eletrônicos de hoje.

"O conceito reúne uma variedade de tecnologias existentes em nanoescala e as combina de uma nova maneira, "disse o Dr. Joseph S. Friedman, professor assistente de engenharia elétrica e da computação na UT Dallas, que conduziu grande parte da pesquisa enquanto era estudante de doutorado na Northwestern University.

A proposta resultante da lógica de spin totalmente em carbono, publicado pelo autor principal Friedman e vários colaboradores na edição de 5 de junho do jornal online Nature Communications , é um sistema de computação que Friedman acredita que poderia ser menor do que os transistores de silício, com maior desempenho.

Os dispositivos eletrônicos de hoje são alimentados por transistores, que são minúsculas estruturas de silício que dependem de elétrons carregados negativamente que se movem através do silício, formando uma corrente elétrica. Transistores se comportam como interruptores, ligando e desligando a corrente.

Além de carregar uma carga, elétrons têm outra propriedade chamada spin, que se relaciona com suas propriedades magnéticas. Nos últimos anos, engenheiros têm investigado maneiras de explorar as características de spin dos elétrons para criar uma nova classe de transistores e dispositivos chamados "spintrônica".

Friedman é totalmente em carbono, A chave spintrônica funciona como uma porta lógica que se baseia em um princípio básico de eletromagnetismo:como uma corrente elétrica se move através de um fio, ele cria um campo magnético que envolve o fio. Além disso, um campo magnético próximo a uma fita bidimensional de carbono - chamada de nanofita de grafeno - afeta a corrente que flui através da fita. No tradicional, computadores baseados em silício, os transistores não podem explorar esse fenômeno. Em vez de, eles estão conectados uns aos outros por fios. A saída de um transistor é conectada por um fio à entrada do próximo transistor, e assim por diante, em cascata.

No projeto do circuito spintrônico de Friedman, elétrons que se movem através de nanotubos de carbono - essencialmente fios minúsculos compostos de carbono - criam um campo magnético que afeta o fluxo de corrente em um nanoribão de grafeno próximo, fornecendo portas lógicas em cascata que não estão fisicamente conectadas.

Como a comunicação entre cada uma das nanofitas de grafeno ocorre por meio de uma onda eletromagnética, em vez do movimento físico dos elétrons, Friedman espera que a comunicação seja muito mais rápida, com o potencial para velocidades de clock em terahertz. Além disso, esses materiais de carbono podem ser menores do que os transistores à base de silício, que estão se aproximando do limite de tamanho devido às propriedades limitadas do material do silício.

"Este foi um grande esforço de equipe colaborativa interdisciplinar, "Friedman disse, "combinando minha proposta de circuito com análise física de Jean-Pierre Leburton e Anuj Girdhar da Universidade de Illinois em Urbana-Champaign; orientação de tecnologia de Ryan Gelfand da Universidade da Flórida Central; e visão de sistemas de Alan Sahakian, Allen Taflove, Bruce Wessels, Hooman Mohseni e Gokhan Memik na Northwestern. "

Embora o conceito ainda esteja na prancheta, Friedman disse trabalhar em direção a um protótipo do carbono totalmente, o sistema de computação spintrônica em cascata continuará no laboratório de pesquisa interdisciplinar NanoSpinCompute, que ele dirige na UT Dallas.