Um switch de uma única molécula que opera por meio de interferência quântica destrutiva tem a maior razão liga / desliga para um dispositivo desse tipo. O switch, desenvolvido por pesquisadores da Universidade de Columbia, nos Estados Unidos, e da Universidade de Glasgow, no Reino Unido, consiste em uma molécula de seis nanômetros (semelhante em tamanho aos menores chips de computador do mercado) e uma unidade central especial. Ele pode transportar correntes de mais de 0,1 microamperes em seu estado “ligado” e permitir transistores mais rápidos, menores e mais eficientes em termos de energia.
Os transistores são os burros de carga da eletrônica moderna e seu tamanho tem diminuído constantemente ao longo da última metade do século, permitindo que cada vez mais sejam colocados em chips de computador. Esta redução implacável não pode continuar para sempre, no entanto, e os métodos para fazer transistores cada vez menores em silício estão se aproximando rapidamente dos limites de tamanho e desempenho do material. Os pesquisadores estão, portanto, explorando novos tipos de mecanismos de comutação que podem ser usados com diferentes materiais.
Efeitos não lineares
Nas estruturas em nanoescala que Latha Venkataraman e seu grupo estudam em Columbia, os efeitos da mecânica quântica dominam e os elétrons se comportam como ondas em vez de partículas. Essas ondas podem interferir de forma construtiva ou destrutiva. Para duas ondas de interferência construtiva, a amplitude da onda resultante é maior do que a soma das ondas individuais. Na interferência destrutiva, duas ondas podem se anular completamente.
Os pesquisadores previram que tais efeitos não lineares devem permitir que interruptores de molécula única exibam grandes proporções de correntes “ativas” e “desativadas”. No entanto, fazer transistores com essas moléculas não é uma tarefa fácil.
Um grande desafio é o vazamento atual. Em um transistor ideal, a corrente flui apenas no estado “ligado”, enquanto no estado “desligado” é bloqueada. Embora os dispositivos reais não sejam tão definidos, Venkataraman explica que a quantidade de corrente que flui nos estados ligado e desligado deve ser muito diferente. Caso contrário, o dispositivo se comporta como uma mangueira com vazamento em que é difícil dizer se a válvula (ou seja, o interruptor liga-desliga) está aberta ou fechada.
Suprimindo fortemente a corrente no estado desligado
A maioria dos projetos anteriores de transistores moleculares produzia dispositivos com vazamento porque usavam moléculas curtas para as quais a diferença entre os estados ligado e desligado era pequena.
Em seu novo trabalho, a equipe de Venkataraman usou moléculas de oligômero de fluoreno de seis nanômetros de comprimento sintetizadas por Peter Skabara e seu grupo em Glasgow. “Observamos o transporte em um fio molecular de seis nanômetros, o que é notável, já que o transporte em escalas de comprimento tão longas raramente é observado”, explica ela. “Na verdade, esta é a molécula mais longa que já medimos em nosso laboratório.”
As moléculas também são fáceis de capturar entre os contatos de metal, tornando possível criar circuitos de molécula única estáveis que sustentam tensões aplicadas de mais de 1,5 V. Uma unidade de benzotiadiazol central adicional aumenta a interferência destrutiva entre diferentes níveis de energia eletrônica nas moléculas e fortemente suprime a corrente no estado desligado dos dispositivos, reduzindo assim o vazamento de corrente. Essa estrutura eletrônica torna a relação entre a corrente (tunelamento) e a tensão aplicada altamente não linear, diz Venkataraman, e produz uma relação de 104 entre a corrente no estado ligado e desligado.
Publicado em 17/12/2020 00h36
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