Transístor sem semicondutor dispensa silício e não esquenta

Redação do Site Inovação Tecnológica - 01/07/2013

Os elétrons saltam precisamente de ponto quântico em ponto quântico, por meio do fenômeno do tunelamento, sem perda de corrente.[Imagem: Yoke Khin Yap]

 

 

Além do silício

Computadores fundamentam-se em processadores, que são feitos de transistores, que são fabricados com semicondutores, sendo o principal deles o silício.
Esta é a tem sido a espinha dorsal da nossa atual "Era da Tecnologia", com apenas um detalhe a mais: o motor dessa era é a miniaturização, que, em última instância, permite acelerar cada vez mais os computadores.
Mas há algumas pedras nesse caminho. Uma delas é que não vai dar para diminuir muito mais os transistores. Outra é que os semicondutores têm sido muito bons, mas eles desperdiçam energia demais na forma de calor.
A eletrônica molecular tem tido seus avanços, mas não é de hoje que os pesquisadores tentam achar alguma coisa mais eficiente para substituir o silício, que permita tirar proveito do tamanho mínimo dos transistores, mas com ganhos de desempenho.


Transístor sem semicondutor

Chee Huei Lee e seus colegas da Universidade Tecnológica de Michigan, nos Estados Unidos, acabam de apresentar uma nova alternativa.
Há dois avanços importantes nesta nova técnica.
O primeiro é atropelar a miniaturização e, em vez de tentar esculpir transistores cada vez menores em pastilhas grandes, usar nanotubos, que são tipicamente "montados" de para baixo para cima, partindo do nível molecular.
O segundo avanço é a própria arquitetura do transístor, que sai do meio-termo dos semicondutores e passa a usar uma mescla de materiais isolantes e condutores.
Huei Lee usou nanotubos de nitreto de boro, que são isolantes, recobrindo-os com pontos quânticos de ouro, cada um medindo apenas 3 nanômetros de diâmetro.
Os pontos quânticos são estrutura que conseguem aprisionar partículas individuais - elétrons, por exemplo. Embora isso os faça funcionar como se fossem semicondutores - a corrente não flui continuamente, mas vai "aos saltos", eles representam uma categoria à parte, um híbrido entre um semicondutor e uma molécula individual.
Os nanotubos de nitreto de boro, um dos materiais mais duros do mundo, são isolantes, servindo como um suporte ideal para distribuir os pontos quânticos com grande precisão espacial, já que são pequenos e têm diâmetros muito uniformes.

O transístor sem semicondutor (esquerda) e a estrutura do nanotubo de nitreto de boro (direita). [Imagem: Yap Lab/MTU]

 

 

 Transístor de tunelamento quântico

Quando uma tensão é aplicada às duas pontas do nanotubo - em temperatura ambiente - os elétrons não saem correndo pelo tubo, porque ele é isolante.
Em vez disso, ocorre algo muito mais interessante: os elétrons saltam precisamente de ponto quântico em ponto quântico, por meio do fenômeno do tunelamento.
"Imagine que os nanotubos são um rio, com um eletrodo em cada margem. Agora imagine que há um caminho de pedras até o outro lado do rio. Os elétrons pulam sobre as pedras de ouro. As pedras são tão pequenas que você só pode ter um elétron em cada pedra de cada vez. Todos os elétrons atravessam da mesma forma, o faz com que o dispositivo seja sempre estável," explica o professor Yoke Khin Yap, coordenador do trabalho.
Quando a tensão é forte o suficiente, o transístor entra em estado condutor - o estado "ligado", ou "1". Quando a tensão cai ou chega a zero, ele volta ao seu estado isolante natural - o estado "desligado", ou "0".
Como os elétrons não têm como escapar pelo nanotubo, que é isolante, não há vazamento de corrente, o que torna o transístor de tunelamento metal-isolante muito eficiente, não perdendo energia na forma de calor.
O próximo passo do trabalho será colocar vários transistores de tunelamento em conjunto para demonstrar seu funcionamento em condições reais - é preciso garantir que o tunelamento de um não interfira no tunelamento que está ocorrendo no vizinho.


Bibliografia:

Room-Temperature Tunneling Behavior of Boron Nitride Nanotubes Functionalized with Gold Quantum Dots
Chee Huei Lee, Shengyong Qin, Madhusudan A. Savaikar, Jiesheng Wang, Boyi Hao, Dongyan Zhang, Douglas Banyai, John A. Jaszczak, Kendal W. Clark, Juan-Carlos Idrobo, An-Ping Li, Yoke Khin Yap
Advanced Materials
Vol.: Article first published online
DOI: 10.1002/adma.201301339

Vídeo holográfico alcança resolução de TV

Redação do Site Inovação Tecnológica - 27/06/2013

Pela primeira vez, vídeos holográficos foram produzidos com resolução equivalente a uma TV comum. [Imagem: Daniel Smalley]

 

 

Uma nova técnica para a geração de hologramas está prometendo não apenas mostrar vídeos holográficos coloridos com a mesma resolução das TVs, como também beneficiar as telas 2D comuns, como as de monitores de computador e das próprias TVs.
Além dos excelentes resultados preliminares obtidos, a nova técnica é baseada em materiais de baixo custo.
Daniel Smalley e seus colegas do MIT, nos Estados Unidos, construíram um protótipo de tela holográfica colorida cuja resolução é aproximadamente a de uma TV de definição padrão, o que é muito melhor do que qualquer vídeo holográfico visto até hoje.

• Tela holográfica chega às 12 polegadas de autêntico 3D

O projetor holográfico pode atualizar as imagens de vídeo 30 vezes por segundo, rápido o suficiente para produzir a ilusão de movimento suave.


Holografia optoacústica
 
O coração do projetor holográfico é um chip híbrido que manipula ondas de som e ondas de luz.
Mas o que mais chama a atenção é que Smalley construiu esse chip nos laboratórios da própria universidade, a um custo de cerca de US$ 10.
"Todo o resto lá custa mais do que o chip. A fonte de alimentação custa mais do que o chip. Os plásticos custam mais do que o chip," resume o professor Michael Bove, coordenador do trabalho.
Isto foi possível graças à adoção de uma técnica, chamada modulação optoacústica, que é diferente da tradicionalmente usada em holografia.
Na holografia optoacústica - ou, mais precisamente, acústico-óptica - ondas sonoras geradas com precisão são disparadas através de um pedaço de material transparente para alterar sua estrutura:
"As ondas basicamente comprimem e esticam o material, mudando o índice de refração. Então, se você dispara um laser através dele, [as ondas] irão difratar a luz do laser," explica Bove.
Basta então alterar as ondas sonoras para manipular as ondas de luz com precisão.

As frequências das ondas acústicas passando pelo cristal determinam quais cores vão passar e quais serão filtradas. [Imagem: Daniel Smalley/MIT Media Lab]

Manipulação da luz com som

Esta técnica acústico-óptica já foi usada em outros protótipos de projetor holográfico, mas usando um material muito caro e difícil de produzir, chamado dióxido de telúrio.
Os pesquisadores agora usaram um cristal muito menor e de um material barato, chamado niobato de lítio.
Logo abaixo da superfície do cristal, Smalley criou canais microscópicos, conhecidos como guias de onda, que confinam a luz. Em cada guia de onda, ele depositou um eletrodo de metal, que vibra para produzir uma onda acústica.
Cada guia de ondas corresponde a uma linha de pixels na imagem final. Como eles são muito pequenos, e podem ficar a apenas alguns micrômetros uns dos outros, a resolução do vídeo pode ser bastante elevada em relação aos projetores anteriores.
Feixes de luz vermelha, verde e azul são enviados a cada guia de ondas, e as frequências das ondas acústicas passando pelo cristal determinam quais cores vão passar e quais serão filtradas.


Tecnologia para telas 2D

A grande vantagem da técnica é a simplicidade.
Por exemplo, combinar vermelho e azul para produzir roxo, não exige um guia de ondas separado para cada cor - tudo o que é necessário é gerar uma onda acústica com padrão diferente.
"Até agora, se você queria construir um modulador de luz para um projetor de vídeo, para uma tela LCD ou algo parecido, você tinha de manipular a luz vermelha, a luz verde e a luz azul separadamente," compara Bove.
"Se você olhar atentamente para um painel LCD, cada pixel na verdade tem três filtros de cores. Há um subpixel vermelho, um subpixel verde e um subpixel azul.
"Primeiro de tudo, isto é ineficiente, porque os filtros, mesmo que fossem perfeitos, iriam desperdiçar dois terços da luz. Mas, em segundo lugar, isto reduz ou a resolução ou a velocidade com que o modulador pode operar," conclui o pesquisador, ressaltando que é por isso que a nova técnica de vídeo holográfico também poderá ser usada nas telas 2D convencionais.


 Bibliografia:
Anisotropic leaky-mode modulator for holographic video displays
D. E. Smalley, Q. Y. J. Smithwick, V. M. Bove, J. Barabas, S. Jolly
Nature
Vol.: 498, 313-317
DOI: 10.1038/nature12217

Carro de corrida elétrico bate recorde mundial de velocidade

Com informações da BBC - 01/07/2013

O carro elétrico Lola B12 69/EV atingiu uma velocidade de 328,6 km/h. [Imagem: Lola]

 

Recorde de velocidade de carro elétrico

O protótipo de carro de corrida elétrico fabricado pela Drayson Racing Technologies, um consórcio de 10 empresas do setor automobilístico, quebrou o recorde mundial de velocidade dessa categoria emergente.
O carro elétrico Lola B12 69/EV atingiu uma velocidade de 328,6 km/h.
O recorde anterior era de 281 km/h, estabelecido em 1974 pelo Battery Box, fabricado pela General Electric.
A empresa anunciou que irá inscrever o veículo recordista nas 24 Horas de Le Mans do próximo ano, afirmando que a competição vai funcionar como um "banco de testes desafiador" para tecnologias que poderão ser adotadas futuramente nos carros de rua - elétricos ou híbridos.

Fórmula E

A fim de se qualificar para a quebra do recorde mundial de velocidade perante a FIA (Federação Internacional de Automobilismo) o carro de corrida elétrico precisava pesar menos de 1.000 kg, sem o motorista.
Para isso, os projetistas adaptaram um carro da série Le Mans que havia sido projetado originalmente para usar um motor a bio-etanol, substituindo esse propulsor por um conjunto de baterias capaz de fornecer 20 quilowatts-hora, gerando 850 cavalos de potência.
Foi necessário também adaptar o chassi do veículo, feito inteiramente de fibra de carbono reciclado.
A Drayson Racing afirmou que vai centrar sua atenção agora no lançamento do campeonato mundial de Fórmula E, uma espécie de Fórmula 1 dos carros elétricos, que deverá começar em setembro de 2014.
A primeira corrida de carros elétricos da Fórmula E será realizada em Londres. Roma, Miami, Pequim e Rio de Janeiro estão entre os outros sete locais.

O Zeod RC, da Nissan, também participará das 24 Horas de Le Mans do próximo ano. [Imagem: Nissan]

 

Carros de corrida elétricos

A Drayson Racing não é a única fabricante que está apostando em carros de corrida elétricos para estimular a adoção da tecnologia.
A Spark, de Cingapura, e a McLaren, da Inglaterra, também estão construindo carros de corrida elétricos, bem mais parecidos com um Fórmula 1, para participar da primeira temporada da Fórmula E.
A própria Drayson anunciou que terá uma máquina para a competição em 2015, com alguns dos mesmos componentes utilizados no Lola B12 69/EV.
Na semana passada, a Nissan apresentou o seu Zeod RC (Zero Emission On Demand Car Racing), um híbrido que pode alternar entre energia elétrica e gasolina.
O Zeod RC "pode atingir velocidades acima de 300 km/h", segundo a empresa, e também participará das 24 Horas de Le Mans do próximo ano.

Nova tecnologia da Toshiba é capaz de armazenar 2.5 terabits por polegada quadrada em discos rígidos

Pensando nos discos rígidos dos próximos anos, a Toshiba acaba de anunciar que obteve sucesso no desenvolvimento de uma tecnologia que permite armazenar 5 vezes mais dados do que atualmente.

Por Eduardo Karasinski em 24 de Agosto de 2010

 

A Toshiba anunciou, no dia 18 de agosto, que seus novos discos rígidos de 2.5 terabits por polegada quadrada funcionam perfeitamente.
Isso foi percebido durante a pesquisa de uma nova mídia com padrões de bits, tecnologia de armazenamento magnético que está sendo estudada para os discos rígidos dos próximos anos. Isso porque, atualmente, os discos estão atingindo o limite em relação à possibilidade de armazenamento e velocidade de leitura.
Atualmente, os discos utilizam um material magnético na superfície com dados armazenados em centenas de grãos espalhados. A nova tecnologia traz uma superfície com vários bits esféricos enfileirados, cada um com seus grãos magnéticos de armazenamento.

Apesar de ser ainda um protótipo, o disco da Toshiba foi construído com a densidade de 2.5 terabits por polegada quadrada. Hoje, o top de linha da Toshiba é baseado em uma tecnologia com 541 gigabits por polegada quadrada — equivalente a apenas 20% do que a nova tecnologia é capaz.
Segundo a Toshiba, a previsão é de que os primeiros discos baseados neste novo padrão cheguem ao mercado por volta do ano de 2013.

Teletransporte tem novo impulso com reciclagem quântica

Com informações da Universidade de Cambridge - 25/06/2013

O atual recorde de teletransporte quântico foi batido usando lasers conectando dois observatórios astronômicos.[Imagem: IQOQI-Vienna]

 

Nos últimos dez anos, físicos teóricos têm mostrado que as intensas conexões geradas entre partículas, pelo fenômeno quântico do entrelaçamento - ou "emaranhamento" - podem ser a chave para o teletransporte de informações quânticas.
É bem sabido que Einstein detestava a teoria do entrelaçamento quântico, descartando-o como uma "ação fantasmagórica à distância". Mas já se comprovou que o entrelaçamento é uma característica muito real no nosso universo, e que tem um potencial extraordinário para fazer avançar todos os tipos de atividade científica.
Agora, pela primeira vez, pioneiros nesse campo descobriram como o entrelaçamento pode ser "reciclado" para aumentar a eficiência dessas "ligações fantasmagóricas" entre as partículas.
A equipe também desenvolveu uma forma generalizada de teletransporte, que permite uma grande variedade de aplicações potenciais em física quântica.
O resultado nos coloca um passo mais próximo do estilo do teletransporte da ficção científica, embora esta pesquisa esteja ainda em um estágio puramente teórico.
Teletransporte quântico
Por muito tempo considerado algo impossível, finalmente, em 1993, uma equipe de cientistas calculou que o teletransporte poderia funcionar, em princípio, usando as leis da mecânica quântica.
O teletransporte quântico aproveita o entrelaçamento para transmitir blocos de informação do tamanho de partículas através de distâncias potencialmente enormes, de forma potencialmente instantânea.

• Ação fantasmagórica à distância é 10.000 vezes mais rápida que a luz

O entrelaçamento envolve um par de partículas quânticas, como elétrons ou fótons, que estão intrinsecamente ligadas entre si, retendo a sincronização que prende as partículas, estejam elas próxima uma da outra ou em lados opostos de uma galáxia.
Através dessa conexão, bits quânticos de informação - qubits - podem ser transmitidos usando apenas as formas tradicionais de comunicação clássica.
Os protocolos de teletransporte desenvolvidos até agora ficavam em um de dois campos - aqueles que só podem enviar informações embaralhadas, exigindo correção pelo receptor, ou, mais recentemente, o teletransporte "baseado em porta", que não necessita de uma correção, mas precisa de uma quantidade impraticável de entrelaçamento, já que cada objeto enviado poderia destruir o estado entrelaçado.

Um dos frutos mais surpreendentes desta área emergente de pesquisas foi o incrível teletransporte do magnetismo. [Imagem: Navau et al./PRL]

Protocolo de teletransporte
Agora, físicos britânicos e poloneses desenvolveram um protocolo para fornecer uma solução ótima em que o estado entrelaçado é "reciclado", de forma que a ligação entre as partículas se mantém para o teletransporte de múltiplos objetos.
Eles elaboraram também um protocolo em que vários qubits podem ser transportados simultaneamente, embora o estado entrelaçado degrade proporcionalmente à quantidade de qubits enviados em ambos os casos.
"O primeiro protocolo consiste em estados de teletransporte sequenciais, e o segundo teletransporta-os em bloco," explica Sergii Strelchuck (Universidade de Cambridge), que realizou a pesquisa com seus colegas Jonathan Oppenheim (da Universidade de Londres, que descobriu uma conexão surpreendente entre fenômenos quânticos) e Michal Horodecki (da Universidade de Gdansk, responsável por demonstrar a criptografia quântica na prática pela primeira vez).
"Nós também descobrimos uma técnica de teletransporte generalizada que esperamos encontrar aplicações em áreas como a computação quântica.
Existe uma ligação estreita entre o teletransporte e os computadores quânticos, que são dispositivos que exploram a mecânica quântica para realizar cálculos que não seriam possíveis em um computador clássico. Construir um computador quântico é um dos grandes desafios da física moderna, e espera-se que o novo protocolo de teletransporte leve a avanços nessa área," prosseguiu Strelchuck.
Embora o novo protocolo seja inteiramente teórico, no ano passado uma equipe de cientistas chineses conseguiu teletransportar fótons a mais de 143 quilômetros de distância, quebrando recordes anteriores, e o entrelaçamento quântico é cada vez mais visto como uma importante área de investigação científica.

• Diamantes entrelaçados comunicam-se à distância

O teletransporte de informações por meio de átomos individuais já é possível com as tecnologias atuais - e implementar o novo protocolo na prática deverá ser uma questão de tempo - mas o teletransporte de objetos grandes - como o Capitão Kirk - permanece no reino da ficção científica.

Bibliografia:

Generalized teleportation and entanglement recycling
Sergii Strelchuk, Michal Horodecki, Jonathan Oppenheim
Physical Review Letters
DOI: 10.1103/PhysRevLett.110.010505