Em um grande passo para um futuro de aparelhos eletrônicos menores, mais rápidos e mais poderosos, pesquisadores da Universidade de Stanford, na Califórnia, apresentaram ontem o primeiro computador funcional inteiramente fabricado com transistores de nanotubos de carbono. Esses cilindros inteiriços de carbono ultrapuro estão entre os muitos materiais exóticos que os cientistas vêm pesquisando – incluindo as partículas quânticas que existem dentro de cada átomo e o DNA dentro de cada célula – agora que os desenvolvedores de eletrônicos estão chegando no limite da capacidade dos transistores de silício convencionais.
Embora primitiva, a invenção prova que os transistores feitos com essas fibras de carbono não convencionais, um dos materiais mais fortes já descobertos, podem ser montados em um computador de uso geral. O equipamento pode rodar um sistema operacional básico, fazer cálculos e alternar entre diferentes processos em execução simultânea, disseram os cientistas. “É realmente um computador em todos os sentidos da palavra”, disse o engenheiro elétrico Max Shulaker, da Universidade de Stanford, que chefiou a fabricação do dispositivo. “Isso mostra que é possível construir circuitos funcionais e úteis com nanotubos de carbono e que eles podem ser fabricados de forma confiável.”
A pesquisa de Stanford foi publicada ontem na revista Nature. “Eles domesticaram os nanotubos”, disse Franz Kreupl, especialista em eletrônica de carbono do Instituto Técnico de Munique, na Alemanha, que não participou do projeto.
Primeiro transistor de nanotubos
Mihail Roco, conselheiro sênior para nanotecnologia na Fundação Nacional de Ciências dos Estados Unidos, que ajudou a financiar o trabalho, qualificou o computador de nanotubos de “um importante passo científico”. Quando for aperfeiçoado, disse ele, “isso permitirá a um computador trabalhar mais rápido, com componentes menores e consumindo cerca de um décimo da energia”.
Os pesquisadores estão entusiasmados com o potencial dos nanotubos de carbono para aparelhos digitais, pois são materiais excepcionais para a condução de eletricidade e calor e para a absorção ou emissão de luz. Os nanotubos, que há muito já eram uma curiosidade de laboratório, são feitos a partir de folhas de carbono com apenas um átomo de espessura e enrolados em tubos cerca de 10 mil vezes mais finos que um fio de cabelo. “De todos os candidatos que já foram considerados os sucessores do silício, os nanotubos de carbono continuam sendo os mais promissores”, disse Supratik Guha, diretor de ciências físicas do Centro de Pesquisas Thomas J. Watson, da IBM, em Yorktown Heights, estado de Nova York.
O primeiro transistor de nanotubos, uma versão da chave digital tipo liga-desliga que é a base de quase todos os eletrônicos comerciais, foi inventado em 1998. Até recentemente, porém, os pesquisadores achavam quase impossível fabricar lotes desses minúsculos tubinhos com o alinhamento perfeito, a regularidade e a pureza necessárias para os complexos circuitos integrados de um computador.
Customizar a estrutura atômica dos nanotubos
Os nanotubos são cultivados, tais como os cristais. Eles se encaixam de forma aleatória, como quando se solta um feixe de varetas do jogo pega-varetas, o que pode provocar conexões cruzadas. Cerca de 30% apresentam impurezas metálicas imprevisíveis. Qualquer imperfeição pode causar um curto-circuito. “As pessoas diziam que nós nunca conseguiríamos fabricar esse material”, disse Subhasish Mitra, engenheiro elétrico de Stanford que participou do projeto. Os pesquisadores desenvolveram um desenho especial para os circuitos e uma poderosa técnica de depuração para eliminar as impurezas.
De olho nas possibilidades comerciais, os pesquisadores estão numa corrida para aproveitar as promissoras propriedades elétricas do material. No ano passado, pesquisadores da IBM apresentaram transistores de nanotubos de carbono que funcionam três vezes mais rápido e consomem um terço da energia dos transistores de silício convencionais. Em outubro passado, cientistas do Centro de Pesquisas Watson, da IBM, anunciaram uma maneira de criar lotes de 10 mil ou mais transistores de nanotubos de carbono dispostos sobre um único wafer, como são chamadas as fatias de material semicondutor. Eles ainda terão que conectá-los de maneira a montar um circuito funcional.
Na semana passada [retrasada], na Universidade de Cambridge, no Reino Unido, cientistas anunciaram ter inventado uma maneira simples de cultivar o mais denso conjunto de nanotubos de carbono obtido até hoje – cerca de cinco vezes mais compacto que com os métodos anteriores – enquanto os pesquisadores da Universidade do Sul da Califórnia encontraram recentemente uma maneira de customizar a estrutura atômica dos nanotubos.
985 processadores sobre um único wafer
O computador experimental desenvolvido em Stanford contém 178 transistores feitos de “dezenas de milhares de nanotubos de carbono”, disse Shulaker. Hoje, um chip de silício convencional pode conter dois bilhões de transistores numa área do tamanho da unha do dedo polegar. O sistema de Stanford contém tantos transistores como os primeiros computadores baseados em transistores, fabricados nos anos 50. Os pesquisadores usaram um projeto lógico semelhante ao dos computadores da década de 60.
Os cientistas de Stanford montaram 985 processadores de nanotubos – cada um deles com 178 transistores – sobre um único wafer, utilizando técnicas padronizadas de fabricação de chips e ferramentas de design comuns. “O que nós apresentamos é um computador muito simples”, disse Philip Wong, professor de engenharia de Stanford que trabalhou no dispositivo. “Existe uma grande distância entre o que realizamos e o que seria um produto final.”
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Robert Lee Hotz, do Wall Street Journal