Pesquisadores da Universidade do Estado de Oregon, nos Estados Unidos, construíram um novo componente eletrônico que vinha desafiando a ciência há quase 50 anos.

Douglas Keszler e seus colegas construíram um diodo MIM (metal-isolante-metal), que poderá se tornar a base para uma nova abordagem na construção de circuitos eletrônicos.

"Diodos fabricados até agora com outras técnicas sempre tiveram um rendimento e um desempenho fracos," explica Keszler. "Esta é uma forma básica de eliminar as atuais limitações de velocidade dos elétrons que têm que se mover através dos materiais."

Diodo quântico

Os circuitos eletrônicos são feitos com materiais à base de silício, usando transistores que funcionam controlando o fluxo dos elétrons.

Apesar de rápidos e relativamente baratos, esses componentes eletrônicos são limitados pela velocidade com que os elétrons podem mover-se através do silício e de outros materiais que entram em sua composição

Em contrapartida, um diodo MIM pode ser usado para executar algumas das funções dos componentes atuais, mas de uma forma fundamentalmente diferente.

O novo componente se parece com um sanduíche, com uma camada de material isolante no meio de duas camadas de metal.

A grande vantagem é que os elétrons não têm que se mover através dos materiais - eles simplesmente tunelam através do isolante, aparecendo quase que instantaneamente do outro lado.

Um diodo MIM pode ser usado para executar algumas das funções dos componentes eletrônicos atuais, mas de uma forma fundamentalmente diferente. [Imagem: Cowell et al./Advanced Materials]

O tunelamento quântico é um efeito quântico que permite que um elétron - ou outra partícula - atravesse diretamente uma barreira. Isso é possível porque os elétrons apresentam comportamento tanto de partícula quanto de onda.

Metal amorfo

Os cientistas utilizaram um contato metálico amorfo para resolver os problemas que até hoje impediam a realização dos diodos MIM.

Até agora os cientistas vinham usando principalmente o alumínio, que produz uma superfície relativamente rugosa em nanoescala. A equipe de Keszler optou por uma liga metálica (ZrCuAlNi) que produz filmes finos extremamente lisos, que permite o controle muito mais preciso do fluxo de elétrons.

O material isolante é o tradicional óxido de silício (SiO2).

Segundo os pesquisadores, os diodos foram fabricados "a temperaturas relativamente baixas", usando técnicas que podem ser ampliadas para uso em uma grande variedade de substratos e em pastilhas de grandes dimensões.

Além do silício

"Quando começou o desenvolvimento de materiais mais sofisticados para a fabricação de telas e monitores, [a indústria] sabia que um diodo MIM era tudo o que eles precisavam, mas ninguém havia conseguido fazê-lo funcionar," diz Keszler.

"Agora nós podemos, e ele poderá ser usado com uma grande gama de metais baratos e largamente disponíveis, como cobre, níquel ou alumínio. Ele é também muito mais simples, mais barato e mais fácil de fabricar," comemora o pesquisador, que já requereu uma patente para a fabricação do diodo MIM.

"Há muito tempo todo o mundo procura algo que nos possa levar além do silício. Esta poderá ser uma forma de imprimir componentes eletrônicos em escalas gigantescas, a um custo mais baixo do que é feito hoje. E quando esses produtos começarem a emergir, os ganhos na velocidade de operação dos circuitos será enorme," antevê ele.