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

Grafeno, grafeno

Brasileiros descobrem nova propriedade do grafeno

Com informações da Agência Fapesp -  26/09/2016

Deformação da folha de grafeno pela ponta do microscópio de força atômica.[Imagem: Clara M. Almeida et al. - 10.1038/srep31569]

Ilimitado

O grafeno é um dos materiais mais estudados na atualidade, e não é por acaso: constituído por uma única camada de átomos de carbono, dispostos em uma rede bidimensional de trama hexagonal, o grafeno é extremamente fino, leve e resistente.

Agreguem-se propriedades como transparência, flexibilidade, alta condutividade elétrica e térmica e baixo custo de produção para que o horizonte de aplicações seja praticamente ilimitado.

Com tantas pesquisas já realizadas, surpreende que uma propriedade do grafeno permanecesse ignorada até agora.

Ela acaba de ser descoberta graças ao trabalho de Clara Almeida e uma equipe da Unicamp (Universidade Estadual de Campinas).

Anisotropia

Trata-se da enorme anisotropia - apresentação de propriedades que variam conforme a direção - exibida pelo grafeno quando este é "varrido" em diferentes direções pela ponta de um microscópio de força atômica (AFM: atomic force microscope).

E a diferença não é pequena: 80% maior na direção conhecida como "braço de cadeira" (armchair) do que na direção ziguezague.

Segundo os pesquisadores, o efeito poderia ser entendido como uma manifestação, em escala nanométrica, do fenômeno clássico da flambagem, o encurvamento de uma barra quando submetida a compressão axial, descrito pelo matemático e físico suíço Leonhard Euler (1707-1783).

Nanomecanismos

Devido às suas notáveis características eletrônicas, térmicas e mecânicas, o grafeno é um forte candidato para a fabricação da próxima geração de dispositivos eletrônicos e de sistemas nanoeletromecânicos (NEMS). Tais aplicações requerem a compreensão das propriedades mecânicas e tribológicas - isto é, decorrentes da interação de superfícies em movimento relativo - desses materiais bidimensionais.

"A anisotropia que encontramos pode ser determinante para a fabricação desses NEMS, cujo design demanda o conhecimento prévio da orientação cristalina. Na maioria das vezes, as propriedades do material na configuração bidimensional [grafeno] são bem diferentes das propriedades já conhecidas na configuração tridimensional [grafite]", sublinhou Clara Almeida.

Bibliografia:
Giant and Tunable Anisotropy of Nanoscale Friction in Graphene
Clara M. Almeida, Rodrigo Prioli, Benjamin Fragneaud, Luiz Gustavo Cançado, Ricardo Paupitz, Douglas S. Galvão, Marcelo De Cicco, Marcos G. Menezes, Carlos A. Achete, Rodrigo B. Capaz
Nature Scientific Reports
Vol.: 6, Article number: 31569
DOI: 10.1038/srep31569

Palácio Celestial

Segundo laboratório espacial da China é lançado

Redação do Site Inovação Tecnológica -  16/09/2016

 Laboratório espacial Tiangong 2, ainda em fase de montagem. A conformação final conta ainda com o braço robótico externo e os painéis solares. [Imagem: Xinhua]

Palácios celestiais

A China lançou com sucesso seu segundo laboratório espacial experimental.

Com 10,4 metros de comprimento e pesando 8 toneladas, o Tiangong 2 (Palácio Celestial 2) é o passo final rumo à construção de uma estação espacial chinesa definitiva, que deverá começar por volta de 2020.

O esforço começou em 2011, com o lançamento do Tiangong 1. O segundo passo foi dado no mesmo ano, com a acoplagem automática de uma nave não-tripulada ao laboratório. Em 2012, o laboratório Tiangong 1 foi visitado pela primeira vez por astronautas chineses, demonstrando a capacidade definitiva de viagens a uma nave em órbita.

A agência espacial chinesa perdeu contato com o Tiangong 1 no início deste ano, e ele agora está caindo lentamente, devendo reentrar na atmosfera no ano que vem.

Passo a passo

O laboratório Tiangong 2, já orbitando a Terra a uma altitude de 390 km, deverá receber sua primeira missão tripulada já no mês de Novembro, quando dois astronautas deverão passar um mês em órbita realizando experimentos científicos.

Uma missão automática não-tripulada, feita por uma nave cargueira, deverá levar suprimentos e combustíveis e retirar lixo em Abril de 2017, fechando o ciclo de funcionamento similar ao da Estação Espacial Internacional.

Outra similaridade e outro teste importante para a futura estação espacial chinesa é o braço robótico que equipa o Tiangong 2. Com 10 metros de comprimento, o robô será responsável por fazer a manutenção externa da nave, movimentar equipamentos e experimentos científicos e dar apoio aos astronautas durante as planejadas caminhadas espaciais.

A vida útil prevista do Tiangong 2 é de dois anos.

Cooperação

O laboratório Tiangong 2 vem demonstrar também que a China não pretende continuar isolada em sua exploração espacial.

Um dos instrumentos a bordo, chamado POLAR, foi construído com apoio da Agência Espacial Europeia (ESA) por pesquisadores da Suíça, Polônia e China.

Trata-se de um observatório de explosões estelares, conhecidas como explosões de raios gama, ou GRB (gamma ray bursts). A expectativa é que o instrumento possa captar até 10 GRBs por ano, ajudando a esclarecer o mecanismo destas que parecem ser as mais fortes explosões cósmicas.

Outro destaque científico da missão é um relógio atômico, este totalmente chinês, que será testado em conjunto com um experimento de transmissão quântica de dados.