Pesquisadores criam versão molecular usando interferência quântica
Um conjunto de estudiosos globalmente diversificados da Queen Mary University of London, da University of Oxford, da Lancaster University e da University of Waterloo desenvolveram um transistor molecular de molécula única que utiliza interferência quântica para regular o fluxo de corrente eletrônica.
Uma publicação recente na Nature Nanotechnology introduziu um transistor inovador que permite a utilização de fenômenos quânticos em dispositivos eletrônicos, abrindo assim novas oportunidades para seu desenvolvimento e avanço.
Os transistores servem como constituintes fundamentais dos dispositivos eletrônicos contemporâneos. No entanto, a abordagem convencional para fabricá-los, como gravar o silício em padrões intrincados, atingiu os seus limites. No entanto, as empresas tecnológicas, incluindo a Intel e a TSMC, procuram persistentemente meios para alargar estas fronteiras, ao mesmo tempo que investigam alternativas inovadoras.
Por outro lado, à medida que os transistores diminuem de tamanho, sua eficiência diminui e se torna mais propensa a erros devido ao fenômeno do tunelamento quântico, que permite que os elétrons passem através do dispositivo, apesar de ele estar supostamente desligado. Para resolver este problema, os pesquisadores estão investigando métodos alternativos para alternar mecanismos utilizando vários materiais que negariam o impacto do tunelamento quântico.
Nas investigações conduzidas pelo Professor Jan Mol e pelo Dr. James Thomas, juntamente com sua equipe de pesquisa na Escola de Ciências Físicas e Químicas de Queen Mary, observou-se que os fenômenos da mecânica quântica prevaleceram nas nanoestruturas examinadas, resultando em um comportamento eletrônico caracterizado por ondas semelhantes a ondas. propriedades em oposição às características semelhantes a partículas.
Através da utilização de fenômenos quânticos, os cientistas desenvolveram um novo transistor com um canal condutor único composto por uma única molécula de zinco porfirina, que apresenta a capacidade de transmitir corrente elétrica. Este conduíte molecular está situado entre dois eletrodos de grafeno e, ao aplicar uma corrente alternada a esses eletrodos, o movimento dos elétrons dentro da porfirina pode ser regulado por meio de interações mecânicas quânticas.
A interação entre as ondas pode resultar na destruição ou no aumento dos efeitos umas das outras, conhecidas como interferência destrutiva e interferência construtiva, respectivamente. O estudo do novo transistor envolveu ligá-lo e desligá-lo para determinar se os elétrons que passavam pela molécula de zinco porfirina apresentavam interferência construtiva ou destrutiva ao ativar o dispositivo.
Os investigadores descobriram que o transistor inovador exibe uma relação liga/desliga excepcionalmente elevada, indicando a sua capacidade de ser ativado e desativado com notável precisão.
A interferência quântica destrutiva foi identificada como um fator chave responsável pelo platô de condutância único observado no transistor induzido por STM. Este fenômeno suprime efetivamente o fluxo de elétrons dispersos através do tunelamento quântico durante o estado “desligado” desejado do dispositivo. Além disso, o estudo revelou que o novo design do transistor apresenta estabilidade excepcional em comparação com os anteriores transistores de molécula única, que só podiam suportar um número limitado de ciclos de comutação antes da falha. Notavelmente, os investigadores demonstraram que o seu transistor era capaz de funcionar de forma confiável ao longo de um grande número de ciclos, destacando a sua robustez e utilidade potencial em aplicações práticas.
O artigo de pesquisa, liderado pelo Dr. James Thomas, professor de tecnologias quânticas no Queen Mary, destacou o impacto significativo da interferência quântica em diversos dispositivos eletrônicos. O estudo demonstrou como a interferência quântica pode potencialmente revolucionar várias indústrias através das suas capacidades notáveis.
Nossas descobertas demonstram a capacidade de utilizar interferência quântica para regular o fluxo de elétrons dentro dos transistores, com garantia de eficiência e confiabilidade", comentou o co-autor Professor Jan Mol.“Tal avanço pode resultar na criação de novos designs de transistores que apresentam diminuição tamanho, maior velocidade e maior eficiência energética em comparação com as tecnologias existentes.
Os investigadores descobriram que os fenômenos de interferência quântica podem ser aproveitados para melhorar a oscilação subliminar do transistor, que representa sua capacidade de resposta às flutuações na tensão da porta.
Vários estudos recentes demonstraram que a redução da oscilação de tensão limite em um transistor pode levar a uma melhor eficiência energética e desempenho. Assim, descobriu-se que os transistores moleculares dos pesquisadores exibiam uma oscilação subliminar impressionante de apenas 140 milivolts por década, representando uma melhoria notável em relação aos valores relatados anteriormente para dispositivos semelhantes e no mesmo nível de muitos componentes mais volumosos construídos com materiais avançados como nanotubos de carbono.
Embora o estado atual da pesquisa sobre este tópico específico permaneça relativamente incipiente, os cientistas têm uma perspectiva encorajadora em relação ao potencial de utilização deste novo transistor no desenvolvimento de tecnologias eletrônicas inovadoras. Esta tecnologia tem a capacidade de se estender para além das plataformas informáticas tradicionais, como computadores pessoais e telemóveis, abrangendo até equipamentos médicos de última geração no seu âmbito.
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