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Trianguleno: Molécula instável é criada átomo por átomo

Redação do Site Inovação Tecnológica -  20/02/2017

O trianguleno se parece com um pedaço de grafeno, sendo formado por seis hexágonos de carbono unidos pelas bordas para formar um triângulo. [Imagem: Niko Pavlicek/IBM Research]

Trianguleno

Uma equipe da IBM e da Universidade de Warwick, no Reino Unido, sintetizou uma molécula nunca antes observada, chamada trianguleno, usando o princípio fundamental da nanotecnologia: em lugar de uma reação química tradicional, o trianguleno foi montado átomo por átomo.

Também conhecida como hidrocarbono de Clar (Erich Clar, 1902-1987), essa molécula foi teorizada em 1953, mas se acreditava que ela seria instável demais para ser isolada - muitos tentaram, mas ninguém nunca conseguiu.

O trianguleno se parece com um pedaço de grafeno, sendo formado por seis hexágonos de carbono unidos pelas bordas para formar um triângulo, e com as bordas circundadas por átomos de hidrogênio.

Reação química átomo a átomo

A construção de moléculas átomo por átomo representa uma nova rota de síntese química. O processo ainda é lento demais para usos práticos, mas vem se desenvolvendo aos poucos. Este experimento é um exemplo de que formar novas moléculas expulsando átomos individuais de uma molécula precursora já é uma ferramenta de interesse científico.

"Neste trabalho, nós usamos nossa técnica de manipulação atômica [...] para gerar o trianguleno, que nunca havia sido sintetizado antes. É uma molécula desafiadora porque ela é altamente reativa, mas também é particularmente interessante por causa de suas propriedades magnéticas," contou Niko Pavlicek, responsável pelo experimento.

A técnica a que o pesquisador se refere é uma combinação de um microscópio de tunelamento (STM: Scanning Tunneling Microscope) com um microscópio de força atômica (AFM: Atomic Force Microscope), que já havia sido usada para construir outra molécula que ganhou fama, a olimpiceno.

• Nova técnica permite fabricação em escala molecular
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Imagens do trianguleno com a molécula sobre uma base de cobre (esquerda) e em xenônio (direita). [Imagem: Niko Pavlicek et al. - 10.1038/NNANO.2016.305]

Grafeno e spintrônica

Além da ciência básica, há também várias aplicações interessantes para o trianguleno.

"Já foi sugerido que segmentos similares ao trianguleno incorporados em fitas de grafeno seria uma forma elegante para projetar componentes spintrônicos orgânicos," disse Pavlicek.

As nanofitas de grafeno estão sendo pesquisadas para aplicações em materiais compósitos, que são muito fortes e leves. Já o campo da spintrônica está sendo estudado por grupos em todo o mundo, inclusive na IBM, em busca de uma nova geração de processadores mais rápidos e com menor consumo de energia.

"Conseguimos demonstrar que o magnetismo do trianguleno sobrevive em xenônio ou em superfícies de cloreto de sódio. Entretanto, não conseguimos obter uma imagem detalhada do seu estado magnético e possíveis excitações com o nosso microscópio, que não tem um campo magnético, de forma que há muito para ser explorado e descoberto por outros grupos," concluiu Pavlicek.

Bibliografia:

Synthesis and characterization of triangulene
Niko Pavlicek, Anish Mistry, Zsolt Majzik, Nikolaj Moll, Gerhard Meyer, David J. Fox, Leo Gross
Nature Nanotechnology
DOI: 10.1038/NNANO.2016.305

IBM rompe barreiras

IBM viabiliza transistores de nanotubos de carbono

Redação do Site Inovação Tecnológica -  05/10/2015

Esquema dos transistores de nanotubos de carbono, que avançaram a miniaturização para a faixa de 1,8 nanômetro. [Imagem: IBM Research]

Nanotransistores

Os esforços de US$3bi da IBM para chegar à era pós-silício deram novos resultados práticos.

Há poucos meses, a empresa anunciou ter conseguido integrar semicondutores futurísticos em chips de silício. Logo em seguida, em parceria com a Samsung, a empresa empurrou a fronteira atual da miniaturização da eletrônica, alcançando a faixa dos 7 nanômetros.

Agora foi dado um passo importante para substituir os transistores de silício por nanotubos de carbono - para quem não se lembra, os nanotubos de carbono já foram tão famosos quanto o grafeno, mas os progressos na sua utilização prática estão sendo mais lentos do que se esperava.

Transístor de nanotubo

Os engenheiros da IBM conseguiram miniaturizar os contatos elétricos que chegam aos componentes sem diminuir o desempenho do transístor de nanotubo, abrindo o caminho para a construção de processadores e chips em geral com uma capacidade muito superior aos atuais.

Os ganhos são tão grandes que permitem levar a tecnologia da microeletrônica para o nível de 1,8 nanômetro, quatro gerações tecnológicas à frente da atual.

Além de menores e mais rápidos, os transistores de nanotubos de carbono consomem menos energia e dissipam menos calor, além de serem mais resistentes aos vazamentos de corrente e às interferências que estão impedindo o aumento de velocidade dos microprocessadores - foi esse gargalo que levou à atual tendência de construção de processadores com múltiplos núcleos, já que não é possível acelerar cada núcleo individualmente, como ocorreu durante quase 25 anos.

O nanotubo de carbono liga-se quimicamente aos contatos metálicos que transportam a eletricidade dentro dos chips. [Imagem: IBM Research]

Transistores de carbono

Nos transistores de carbono, os elétrons podem se mover mais facilmente do que nos componentes de silício, e as dimensões ultrafinas dos nanotubos - e do grafeno - proporcionam vantagens adicionais na escala atômica.

Dentro de um chip, os contatos são como válvulas que controlam o fluxo dos elétrons do metal para dentro dos canais do transístor, que é semicondutor.

Conforme os transistores diminuem de tamanho, a resistência elétrica desses contatos aumenta exponencialmente, o que impede qualquer otimização de desempenho. Até agora, diminuir o tamanho dos contatos causava uma queda estrondosa no desempenho - quer seja nos transistores de silício, quer seja nos de nanotubos ou de grafeno.

Os pesquisadores da IBM inventaram um novo processo metalúrgico para fabricar os contatos, uma espécie de solda microscópica, que liga quimicamente os átomos do metal dos contatos elétricos aos átomos de carbono nas extremidades dos nanotubos. Este esquema "ligado pelas pontas" permite que os contatos sejam miniaturizados abaixo dos 10 nanômetros sem perda no desempenho dos transistores de nanotubos de carbono.

Bibliografia:

End-bonded contacts for carbon nanotube transistors with low, size-independent resistance
Qing Cao, Shu-Jen Han, Jerry Tersoff, Aaron D. Franklin, Yu Zhu, Zhen Zhang, George S. Tulevski, Jianshi Tang, Wilfried Haensch
Science
Vol.: 350 no. 6256 pp. 68-72
DOI: 10.1126/science.aac8006