p Um bloco de construção básico da tecnologia moderna, indutores estão por toda parte:telefones celulares, laptops, rádios, televisores, carros. E surpreendentemente, eles são essencialmente os mesmos hoje que em 1831, quando foram criados pela primeira vez pelo cientista inglês Michael Faraday. p O tamanho particularmente grande dos indutores feitos de acordo com o design de Faraday é um fator limitante na entrega de dispositivos miniaturizados que ajudarão a realizar o potencial da Internet das Coisas, que promete conectar pessoas a cerca de 50 bilhões de objetos até 2020. Essa meta elevada deve ter um impacto econômico estimado entre US $ 2,7 e US $ 6,2 trilhões anualmente até 2025.

p Agora, uma equipe da UC Santa Barbara, liderado por Kaustav Banerjee, professor do Departamento de Engenharia Elétrica e de Computação, adotou uma abordagem baseada em materiais para reinventar esse componente fundamental da eletrônica moderna. Os resultados aparecem no jornal Nature Electronics .

p Banerjee e sua equipe UCSB - autor principal Jiahao Kang, Junkai Jiang, Xuejun Xie, Jae Hwan Chu e Wei Liu, todos os membros de seu Laboratório de Pesquisa de Nanoeletrônica - trabalharam com colegas do Shibaura Institute of Technology no Japão e da Shanghai Jiao Tong University na China para explorar o fenômeno da indutância cinética para demonstrar um tipo fundamentalmente diferente de indutor.

p Todos os indutores geram indutância magnética e cinética, mas em condutores de metal típicos, a indutância cinética é tão pequena que é imperceptível. "A teoria da indutância cinética é conhecida há muito tempo na física da matéria condensada, mas ninguém nunca o usou para indutores, porque em condutores metálicos convencionais, a indutância cinética é insignificante, "Banerjee explicou.

p Ao contrário da indutância magnética, A indutância cinética não depende da área de superfície do indutor. Em vez, a indutância cinética resiste às flutuações de corrente que alteram a velocidade dos elétrons, e os elétrons resistem a tal mudança de acordo com a lei da inércia de Newton.

p Historicamente, à medida que a tecnologia de transistores e interconexões que os ligam avançou, os elementos tornaram-se menores. Mas o indutor, que em sua forma mais simples é uma bobina metálica enrolada em torno de um material de núcleo, tem sido a exceção.

p "Os indutores on-chip baseados na indutância magnética não podem ser reduzidos da mesma forma que os transistores ou a escala de interconexão, porque você precisa de uma certa área de superfície para obter um certo fluxo magnético ou valor de indutância, "explicou o autor principal Kang, que recentemente concluiu seu Ph.D. sob a supervisão de Banerjee.

p A equipe UCSB projetou um novo tipo de indutor espiral composto de várias camadas de grafeno. O grafeno de camada única exibe uma estrutura de banda eletrônica linear e um tempo de relaxamento de momento (MRT) correspondentemente grande - alguns picossegundos ou mais em comparação com os condutores metálicos convencionais (como o cobre usado em indutores tradicionais no chip), que varia de 1/1000 a 1/100 de um picossegundo. Mas o grafeno de camada única tem muita resistência para aplicação em um indutor.

p Contudo, o grafeno multicamadas oferece uma solução parcial, fornecendo menor resistência, mas os acoplamentos intercamadas fazem com que seu MRT seja insuficientemente pequeno. Os pesquisadores superaram esse dilema com uma solução única:eles inseriram quimicamente átomos de bromo entre as camadas de grafeno - um processo chamado intercalação - que não apenas reduziu ainda mais a resistência, mas também separou as camadas de grafeno apenas o suficiente para separá-las essencialmente, estender o MRT e, assim, aumentar a indutância cinética.

p O indutor revolucionário, que funciona na faixa de 10-50 GHz, oferece uma vez e meia a densidade de indutância de um indutor tradicional, levando a uma redução de um terço na área, ao mesmo tempo que fornece uma eficiência extremamente alta. Anteriormente, alta indutância e tamanho reduzido tinham sido uma combinação ilusória.

p "Há muito espaço para aumentar ainda mais a densidade de indutância, aumentando a eficiência do processo de intercalação, que estamos explorando agora, "disse o co-autor Jiang.

p "Basicamente, projetamos um novo nanomaterial para apresentar a anteriormente 'física oculta' da indutância cinética em temperatura ambiente e em uma gama de frequências de operação direcionadas para comunicações sem fio de próxima geração, "Banerjee acrescentou.