Vendo ligações químicas

Menor lente do mundo mostra ligações químicas entre átomos

Redação do Site Inovação Tecnológica -  17/11/2016

 

Com a nova lente será possível explorar novos dispositivos de armazenamento de dados optomecânicos, nos quais a informação seja escrita e lida por luz e armazenada na forma de vibrações moleculares. [Imagem: NanoPhotonics Cambridge/Bart deNijs]

Menor lente de aumento do mundo

Durante séculos, os cientistas acreditaram que a luz, como todas as ondas, não poderia ser focada em um ponto menor do que seu comprimento de onda - pouco menos de um milionésimo de metro, ou algumas centenas de nanômetros.

Essa crença vem sendo desmistificada ao longo dos anos com o auxílio de diversas técnicas, incluindo metalentes e diversos tipos de lentes planas.

Agora, uma equipe do Reino Unido e da Espanha criou a menor lente de aumento do mundo, capaz de concentrar a luz em um ponto um bilhão de vezes menor, até a escala de átomos individuais.

Felix Benz e seus colegas usaram nanopartículas para construir a menor cavidade óptica já feita, tão pequena que apenas uma única molécula pode caber dentro dela. A cavidade - que a equipe chamou de "picocavidade" - foi esculpida em uma nanoestrutura de ouro, sendo ela a responsável por confinar a luz a menos de um bilionésimo de metro.

"Nossos modelos sugerem que átomos individuais que se projetam [da superfície da nanopartícula] podem atuar como pequenos pára-raios, mas focando a luz em vez da eletricidade," disse o professor Javier Aizpurua, da Universidade Politécnica de Valência.

Novos campos de pesquisas e aplicações

Com um foco tão minúsculo, com dimensões similares às de um único átomo, torna-se possível observar ligações químicas individuais dentro de moléculas, abrindo novas formas de estudar a luz e a matéria.

Por exemplo, é possível fazer com que as moléculas na cavidade passem por reações químicas e observar tudo o que acontece, o que pode permitir o desenvolvimento de tipos inteiramente novos de sensores.

Em sentido mais amplo, o avanço tem o potencial para abrir um novo campo de estudo e exploração de reações químicas catalisadas por luz, permitindo que moléculas complexas sejam construídas a partir de componentes menores.

Além disso, a equipe afirma ser possível explorar novos dispositivos de armazenamento de dados optomecânicos, nos quais a informação seja escrita e lida por luz e armazenada na forma de vibrações moleculares.

Bibliografia:

Single-molecule optomechanics in "picocavities"
Felix Benz, Mikolaj K. Schmidt, Alexander Dreismann, Rohit Chikkaraddy, Yao Zhang, Angela Demetriadou, Cloudy Carnegie, Hamid Ohadi, Bart de Nijs, Ruben Esteban, Javier Aizpurua, Jeremy J. Baumberg
Science - Vol.: 354, Issue 6313, pp. 726-729 - DOI: 10.1126/science.aah5243

Modernidade

Transístor de 1 nanômetro empurra limites da miniaturização

Redação do Site Inovação Tecnológica -  11/10/2016

 Esquema de funcionamento do transístor de 1 nanômetro - tudo em escala atômica [Imagem: Sujay Desai/Berkeley Lab]

Limites da eletrônica

Em tempos de transistores atômicos, o título de menor transístor do mundo começa a exigir a criação de categorias para os diversos tipos de avanços mais recentes.

Em termos de um transístor compatível com a tecnologia atual, um novo recorde acaba de ser estabelecido por Sujay Desai e seus colegas da Universidade de Berkeley, nos EUA.

Desai usou uma camada de silício, sobre a qual depositou uma monoatômica de molibdenita e nanotubos de carbono, construindo um transístor cuja porta mede exatamente 1 nanômetro.

O feito é importante porque já se defendeu que as leis da física impediriam fabricar transistores menores do que 10 nanômetros porque, abaixo disso, as leis da mecânica quântica passariam a imperar e interfeririam com o funcionamento tradicional do componente.

A realidade mostrou que não é bem assim, e vários transistores hoje usam justamente os fenômenos quânticos para funcionar - eles são essencialmente "transistores quânticos". Para a tecnologia da microeletrônica atual, à base de silício, os físicos hoje defendem um limite físico dos transistores em 5 nanômetros, embora os processadores estejam chegando ao patamar dos 7 nanômetros em escala experimental.

• Transístor de nanotubo supera mais modernos transistores de silício

Há espaço para miniaturização

"Nós desenvolvemos um transístor com uma porta de 1 nanômetro, mostrando que, escolhendo os materiais adequados, há muito espaço para miniaturizarmos nossa eletrônica," disse o professor Ali Javey, coordenador da equipe.

Os materiais escolhidos pela equipe foram nanotubos de carbono e a promissora molibdenita (MoS2), um material que já vem sendo pesquisado para uso em uma nova geração de LEDs, lasers, células solares e, claro, transistores.

Resta agora o desafio nada desprezível de fabricar esses nanotransistores em larga escala e com funcionamento padronizado.

Bibliografia:

MoS2 transistors with 1-nanometer gate lengths
Sujay B. Desai, Surabhi R. Madhvapathy, Angada B. Sachid, Juan Pablo Llinas, Qingxiao Wang, Geun Ho Ahn, Gregory Pitner, Moon J. Kim, Jeffrey Bokor, Chenming Hu, H.-S. Philip Wong, Ali Javey
Science
Vol.: 354, Issue 6308, pp. 99-102
DOI: 10.1126/science.aah4698

Avanços que preocupam

Material se auto-organiza e cria processador por conta própria

Redação do Site Inovação Tecnológica -  21/09/2016

 Os óxidos complexos se auto-organizam em circuitos elétricos, o que cria a possibilidade de criar novos tipos de chips de computador. [Imagem: ORNL]

Auto-organização computacional

Um dos grandes sonhos da nanotecnologia é reconstruir a matéria de baixo para cima, molécula por molécula, para que os materiais resultantes possam ter os comportamentos e as propriedades que o projetista desejar.

Mas que tal então materiais que nem dependam de tanto esforço, que possam se auto-organizar para formar circuitos lógicos completos, capazes de fazer cálculos computacionais?

E, mais do que isso, que esses circuitos possam ser "reescritos", rearranjados para cumprir funções diferentes conforme a necessidade?

Longe das teorias, essa possibilidade acaba de ser demonstrada experimentalmente por Andreas Herklotz e seus colegas do Laboratório Nacional Oak Ridge, nos EUA.

Separação de fase

O material é formado por uma mistura complexa de cristais de óxidos que, quando confinados em escalas micrométricas ou nanométricas, começa a funcionar como se fosse um circuito elétrico formado por múltiplos componentes, assim como um circuito eletrônico é formado por múltiplos transistores, resistores etc.

Essa auto-organização parece decorrer de um comportamento incomum dos óxidos cristalinos chamado separação de fase - pequenas regiões no material apresentam propriedades eletrônicas e magnéticas radicalmente diferentes das outras.

"O que foi interessante neste experimento é que nós descobrimos que podemos usar essas fases para que elas funcionem como elementos de um circuito. O fato de que é possível também mover esses elementos de um lado para o outro abre a incrível possibilidade de construir circuitos regraváveis no material," disse o professor Thomas Ward, coordenador da equipe.

A separação de fase induz a formação de domínios metálicos, isolantes e semicondutores que geram respostas do tipo resistor e capacitor que podem ser controladas eletricamente. [Imagem: Andreas Herklotz et al. - 10.1002/aelm.201600189]

Processadores customizados

Como as diversas fases respondem tanto a campos magnéticos quanto elétricos, o material pode ser controlado de várias maneiras, o que cria a possibilidade de novos tipos de chips e processadores de computador.

"É uma nova forma de pensar sobre a eletrônica, onde você não tem apenas campos elétricos sendo ligados e desligados para seus bits - não é meramente ligar a energia. Isto aponta para a exploração de abordagens completamente diferentes em direção a arquiteturas multifuncionais, onde a integração de múltiplos estímulos externos pode ser feita em um único material," prevê Ward.

Os pesquisadores demonstraram esta nova abordagem inovadora em um material chamado LPCMO (sigla dos seus elementos constituintes: lantânio, praseodímio, cálcio, manganês e oxigênio), mas Ward observa que outros materiais com separação de fase têm propriedades diferentes que podem ser exploradas.

"Isto significa que os materiais e arquiteturas que servem de base aos supercomputadores, PCs e smartphones, cada um com necessidades muito diferentes, não precisarão mais ser forçados a seguir um único caminho, onde o mesmo chip deve servir para todos," disse o pesquisador.

Bibliografia:

Multimodal Responses of Self-Organized Circuitry in Electronically Phase Separated Materials
Andreas Herklotz, Hangwen Guo, Anthony T. Wong, Ho Nyung Lee, Philip D. Rack, Thomas Zarc Ward
Advanced Electronic Materials
Vol.: 2 (9): 1600189