Transistores e computadores silenciosos? Veja quatro notícias promissoras


Eletrônicos

Site Writing Inovação Tecnológica – 12/11/2020

A molibdenita está na frente, mas talvez o grafeno possa pegar uma carona.
[Imagem: Huamin Li Lab/Buffalo University]

Transistor de grafeno e molibdenita

Um transistor feito de grafeno e molibdenita requer menos da metade da voltagem elétrica necessária para operar os transistores de silício atuais.

Enquanto a maioria dos transistores requer 60 milivolts, este novo protótipo opera a 29 milivolts.

Ele também tem uma densidade de corrente mais alta do que quaisquer outros transistores semelhantes em desenvolvimento.

O transistor é composto de uma única camada de grafeno e uma única camada de dissulfeto de molibdênio, ou MoS2, que faz parte de um grupo de compostos conhecidos como calcídeos de metais de transição.

O grafeno e a molibdenita operam juntos, empilhados, e a espessura total do componente é de aproximadamente 1 nanômetro.

“Novas tecnologias são necessárias para estender o desempenho dos sistemas eletrônicos em termos de potência, velocidade e densidade. Este transistor de próxima geração pode mudar rapidamente enquanto consome pouca energia”, disse Huamin Li, da Universidade de Buffalo (EUA).

Computadores e transistores silenciosos

Uma corrente elétrica excita a sobreposição de dois magnons com polarização linear (indicada pelas setas vermelha e azul). A partir daí, a energia é transportada através do isolador antiferromagnético, que é detectado como tensão elétrica.
[Imagem: Ill./Andrew Ross]

Ferrugem antiferromagntica

Os isoladores antiferromagnéticos permitem velocidades de computação 1.000 vezes mais rápidas do que os eletrônicos atuais, com muito menos aquecimento.

Os componentes também podem ficar mais próximos uns dos outros e os módulos lógicos podem ficar menores, algo que não é possível com a tecnologia de silício atual devido ao superaquecimento.

O problema é que a transferência de informações sobre isoladores antiferromagnéticos só funcionava em temperaturas muito baixas – mas quem vai querer colocar o celular no freezer para poder usá-lo?

Agora os físicos conseguiram eliminar esse problema. Eles usaram óxido de ferro (α-FedoisO3) o principal componente da ferrugem, como isolante antiferromagnético, porque o óxido de ferro está em toda parte e é barato de fabricar.

“Pudemos transmitir e processar informações em um isolador antiferromagnético padrão em temperatura ambiente – e fizemos isso em distâncias longas o suficiente para permitir o processamento de informações”, disse Andrew Ross, da Universidade Johannes Gutenberg em Mainz, Alemanha.

Computadores e transistores silenciosos

Teremos um Vale InGaAs para substituir o Vale do Silcio? Dificilmente.
[Imagem: MIT]

Vale InGaAs

Pesquisadores do MIT (EUA) e da Universidad Politcnica de Madrid (Espanha) descobriram que uma liga de semicondutor bem conhecida, chamada InGaAs (índio e glio-arseneto) pode competir com os transistores de silício.

Embora possam operar em alta velocidade e com baixo consumo de energia, o desempenho dos transistores InGaAs se deteriora muito rapidamente, pois eles são miniaturizados.

O conhecimento científico até agora postula que isso ocorre porque, em pequenas escalas, o material não consegue lidar bem com a passagem dos elétrons.

Mas um estudo mais detalhado mostrou que essa deterioração não é uma propriedade intrínseca do próprio material, mas devido a “armadilhas” no material representadas pelos óxidos dispersos na liga – além dessas armadilhas de óxido, existem armadilhas de interface e armadilhas de contorno dificultando o fluxo de elétrons nos componentes eletrônicos.

Foi o suficiente para fazer os transistores InGaAs operarem em uma frequência alta o suficiente para que os efeitos desaparecessem, com os resultados mostrando uma eficiência comparável dos transistores de silício na mesma escala de tamanho.

É difícil saber se, a esta altura do campeonato, será tão bom quanto o silêncio seria suficiente para fazer a indústria se materializar.

Computadores e transistores silenciosos

Transformação de um material magnético rígido em uma mão macia ao passar uma corrente
[Imagem: Postech/10.1002/adma.202004110]

Memórias magnéticas

Pesquisadores na Coréia do Sul descobriram uma técnica para otimizar a eficiência energética de uma célula de memória magnética não volátil chamada SOT-MRAM.

SOT-MRAM é uma sigla em inglês para spin-orbit torque magnético RAM, sendo um dos componentes mais avançados da spintrônica, a tecnologia pós-silício que se baseia não no movimento de inundações de elétrons, mas nos momentos magnéticos de elétrons individuais.

Eles já são mais rápidos do que a RAM atual, não perdem dados na ausência de energia, mas ainda requerem uma voltagem muito alta para funcionar.

Kaixuan Zhang e seus colegas melhoraram a eficiência energética do SOT-MRAM em mais de 100 vezes, trocando materiais magnéticos duros por materiais magnéticos macios.

Eles descobriram que telureto de ferro de germânio (Fe3GeTedois) – um material ferromagnético com simetria geométrica especial – muda de uma mão dura para uma mão macia quando uma pequena corrente é aplicada. Assim, quando não é necessário escrever informações, o material permanece uma mão dura, o que é bom para um armazenamento seguro, e somente quando a escrita necessária é que o material passa a ser uma mão macia, permitindo maior eficiência energética.

Bibliografia:

Artigo: Transporte de portador aprimorado por dopagem de metal de transição em transistores de efeito de campo WS 2
Autores: Maomao Liu, Sichen Wei, Simran Shahi, Hemendra Nath Jaiswal, Paolo Paletti, Sara Fathipour, Maja Remskar, Jun Jiao, Wansik Hwang, Fei Yao, Huamin Li
Revista: Proceedings of the 2020 IEEE International Electron Devices Meeting
Link: https://arxiv.org/pdf/2001.05105

Artigo: Transporte de spin de longa distância através da transição de fase de Morin até a temperatura ambiente em cristais únicos de amortecimento ultrabaixo do antiferroímã a-Fe2O3
Autores: R. Lebrun, A. Ross, O. Gomonay, V. Baltz, U. Ebels, A.-L. Barra, A. Qaiumzadeh, A. Brataas, J. Sinova, M. Klui
Revista: Nature Communications
Vol.: 11, Número do artigo: 6332
DOI: 10.1038 / s41467-020-20155-7

Artigo: Mobilidade balística e velocidade de injeção em nanoescala InGaAs FinFETs
Autores: Xiaowei Cai, Alon Vardi, Jess Grajal, Jess del Alamo
Revista: Proceedings of the Virtual IEEE International Electron Devices Meeting 2020

Artigo: Controle de corrente gigantesca de campo coercivo e memória magnética baseado em nanômetro-fino ferromagnético van der Waals Fe3GeTe2
Autores: Kaixuan Zhang, Seungyun Han, Youjin Lee, Matthew J. Coak, Junghyun Kim, Inho Hwang, Suhan Son, Jeacheol Shin, Mijin Lim, Daegeun Jo, Kyoo Kim, Dohun Kim, Hyun-Woo Lee, Parque Je-Geun
Revista: Materiais Avançados
DOI: 10.1002 / adma.202004110

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