Eletrônica

Computação totalmente à base de carbono é viável

Redação do Site Inovação Tecnológica -  13/11/2017

Os componentes spintrônicos de carbono não precisam de fios de conexão, comunicando-se uns com os outros por ondas eletromagnéticas. [Imagem: Joseph S. Friedman et al. - 10.1038/ncomms15635]

Computação de carbono

Um sistema computacional inovador, feito exclusivamente com componentes de carbono, pode ser uma alternativa mais barata e mais eficiente para substituir a atual eletrônica do silício, e dar sustentação à ideia de uma tecnologia à base de carbono.

"O conceito reúne uma variedade de tecnologias em nanoescala já existentes e as combina de uma maneira nova," disse o professor Joseph Friedman, da Universidade do Texas, nos EUA.

Essa combinação resulta em um tipo de lógica baseada no spin dos elétrons - spintrônica -, feita com componentes com potencial para serem menores do que qualquer transístor de silício, apresentarem maior desempenho e consumirem apenas uma fração da energia usada na eletrônica atual.

Transístor spintrônico de carbono

O transístor spintrônico totalmente de carbono funciona como uma porta lógica fundamentada em um princípio básico do eletromagnetismo: à medida que uma corrente elétrica se move através de um fio, ela cria um campo magnético que envolve o fio. Além disso, um campo magnético próximo a uma fita de carbono bidimensional - uma nanofita de grafeno - afeta a corrente que flui através da fita.

Nos computadores tradicionais, e em toda a eletrônica, os transistoresnão podem explorar esse fenômeno. Em vez disso, seus componentes precisam estar conectados uns aos outros por fios metálicos. A saída de um transístor é conectada por um fio à entrada do próximo transístor, e assim por diante.

No circuito spintrônico, os elétrons que se movem através de nanotubos de carbono - essencialmente pequenos fios ocos feitos de carbono - criam um campo magnético que afeta o fluxo de corrente em uma nanofita de grafeno próxima, o que permite criar portas lógicas em cascata - exatamente como no caso dos circuitos transistorizados - mas que não estão fisicamente conectadas. Ou seja, dentro do chip é tudo wireless.

Processadores THz

Como a comunicação entre cada nanofita de grafeno ocorre através de uma onda eletromagnética, em vez do movimento físico dos elétrons por um fio, a comunicação é muito mais rápida, com potencial para processadores que alcancem velocidades de clock na faixa dos terahertz - 1.000 GHz.

Além disso, esses materiais de carbono podem ser menores do que os transistores de silício, que estão se aproximando dos seus limites de tamanho devido às propriedades físicas do silício - tanto os nanotubos quanto o grafeno são formados por camadas de carbono com apenas um átomo de espessura.

Embora se baseie em ciência já estabelecida - e em várias demonstrações práticas isoladas -, o conceito de uma computação baseada em carbono como um todo foi demonstrada apenas teoricamente.

Mas Friedman disse que sua equipe já está trabalhando na construção de um protótipo do sistema de computação spintrônica em cascata, feito apenas de carbono, tudo dentro de um chip essencialmente sem fios.

Bibliografia:

Cascaded spintronic logic with low-dimensional carbon
Joseph S. Friedman, Anuj Girdhar, Ryan M. Gelfand, Gokhan Memik, Hooman Mohseni, Allen Taflove, Bruce W. Wessels, Jean-Pierre Leburton, Alan V Sahakian
Nature Communications
Vol.: 8, Article number: 15635
DOI: 10.1038/ncomms15635