Normalmente, os chips de computador consistem em componentes eletrônicos que sempre fazem a mesma coisa. No futuro, no entanto, mais flexibilidade será possível:Novos tipos de transistores adaptativos podem ser comutados em um flash, para que possam executar diferentes tarefas lógicas conforme necessário. Isso muda fundamentalmente as possibilidades de design de chips e abre oportunidades completamente novas no campo da inteligência artificial, redes neurais ou mesmo lógica que funciona com mais valores do que apenas 0 e 1.
Para conseguir isso, os cientistas da TU Wien (Viena) não confiaram na tecnologia usual de silício, mas no germânio. Isso foi um sucesso:o transistor mais flexível do mundo agora foi produzido usando germânio. Foi apresentado na revista ACS Nano . As propriedades especiais do germânio e o uso de eletrodos de porta de programa dedicados tornaram possível criar um protótipo para um novo componente que pode inaugurar uma nova era de tecnologia de chip.

Um eletrodo de controle adicional muda tudo

O transistor é a base de todos os dispositivos eletrônicos modernos:é um pequeno componente que permite o fluxo de corrente ou bloqueia o fluxo de corrente – dependendo se uma tensão elétrica é aplicada ou não a um eletrodo de controle. Isso torna possível construir circuitos lógicos simples, mas também armazenamento de memória.

A forma como a carga elétrica é transportada no transistor depende do material usado:ou há elétrons em movimento livre que carregam uma carga negativa, ou um elétron pode estar faltando em átomos individuais, de modo que esse ponto é carregado positivamente. Isso é então chamado de "buracos" - eles também podem ser movidos através do material.

No novo transistor da TU Wien, os elétrons e os buracos são manipulados simultaneamente de uma maneira muito especial:"Conectamos dois eletrodos com um fio extremamente fino feito de germânio, que é conectado ao metal em ambos os lados com interface especial e extremamente limpa. Acima deste segmento de germânio, colocamos um eletrodo de porta como os encontrados em transistores convencionais. O que é decisivo é que nosso transistor também possui outro eletrodo de controle, que é colocado nas interfaces entre germânio e metal. Ele pode programar dinamicamente a função do transistor", explica o Dr. Masiar Sistani, pesquisador de pós-doutorado na equipe do Prof. Walter Weber no Instituto de Eletrônica de Estado Sólido da TU Wien.

Esta construção permite controlar elétrons e buracos separadamente. "O fato de usarmos germânio é uma vantagem decisiva", diz Masiar Sistani. "Isso ocorre porque o germânio tem uma estrutura eletrônica muito especial:quando você aplica tensão, o fluxo de corrente aumenta inicialmente, como seria de esperar. Após um certo limite, no entanto, o fluxo de corrente diminui novamente - isso é chamado de resistência diferencial negativa. Com a ajuda do eletrodo de controle, podemos modular em qual tensão esse limite se encontra. Isso resulta em novos graus de liberdade que podemos usar para dar ao transistor exatamente as propriedades que precisamos no momento."

Desta forma, por exemplo, uma porta NAND (uma porta lógica não-e) pode ser comutada para uma porta NOR (uma porta lógica nem-nem). "Até agora, a inteligência da eletrônica vinha simplesmente da interconexão de vários transistores, cada um com uma funcionalidade bastante primitiva. No futuro, essa inteligência pode ser transferida para a adaptabilidade do próprio novo transistor", diz o Prof. Walter Weber. "As operações aritméticas, que antes exigiam 160 transistores, são possíveis com 24 transistores devido a essa maior adaptabilidade. Dessa forma, a velocidade e a eficiência energética dos circuitos também podem ser aumentadas significativamente."

O grupo de pesquisa do Prof. Weber trabalha na TU Wien há apenas dois anos. O Prof. Walter Weber fez um nome internacional para si mesmo com seu trabalho em eletrônica nova e reconfigurável. Dr. Masiar Sistani é especialista na área de eletrônica de germânio e se especializou na pesquisa de fenômenos de transporte eletrônico. Essas duas áreas de especialização são uma combinação perfeita para tornar possível o transistor adaptativo de germânio. "Alguns detalhes ainda precisam ser otimizados, mas com nosso primeiro transistor de germânio programável provamos que a ideia básica realmente funciona. Este é um avanço decisivo para nós", diz Masiar Sistani.

Inteligência Artificial

Essas novas possibilidades são particularmente interessantes para aplicações no campo da inteligência artificial:"Nossa inteligência humana é baseada na mudança dinâmica de circuitos entre células nervosas. Com os novos transistores adaptativos, agora é possível alterar circuitos diretamente no chip de forma direcionada, ", diz Walter Weber. A lógica multivalorada também pode ser implementada dessa maneira, ou seja, circuitos que funcionam não apenas com 0 e 1, mas com um número maior de estados possíveis.

Uma aplicação industrial rápida dessa nova tecnologia é realista:os materiais usados ​​já são usados ​​na indústria de semicondutores hoje e não são necessários processos de fabricação completamente novos. Em alguns aspectos, a tecnologia seria ainda mais simples do que antes:hoje, os materiais semicondutores são dopados, ou seja, enriquecidos com átomos estranhos individuais. Isso não é necessário com o transistor baseado em germânio; germânio puro pode ser usado.

"Não queremos substituir completamente a tecnologia de transistor anterior por nosso novo transistor, isso seria presunçoso", diz Masiar Sistani. "É mais provável que a nova tecnologia seja incorporada em chips de computador como um complemento no futuro. Para certas aplicações, será simplesmente mais eficiente em termos de energia contar com transistores adaptativos". + Explorar mais

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