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Grafeno que rendeu Nobel ganha nova técnica de fabricação

Redação do Site Inovação Tecnológica - 08/10/2010

Apenas dois dias depois de ter rendido o Prêmio Nobel de Física de 2010 aos seus criadores, o grafeno voltou a ser notícia.

Desta vez, um grupo de pesquisadores do Instituto de Tecnologia da Geórgia, nos Estados Unidos, desenvolveu uma nova técnica para fabricar dispositivos eletrônicos inteiramente de grafeno.

Fabricação do grafeno

Embora o grafeno seja um material extremamente promissor, fabricar folhas de carbono com apenas um átomo de espessura impõe desafios tecnológicos nada desprezíveis.

A nova técnica usa moldes - na verdade uma espécie de estêncil - para que as folhas de grafeno cresçam já no formato do componente que se deseja fabricar.

Os modelos orientam o crescimento das estruturas de grafeno, permitindo a formação de nanofitas de larguras específicas, sem a utilização de feixes de elétrons ou outras técnicas destrutivas de corte.

As nanofitas de grafeno fabricadas a partir desses modelos têm bordas lisas, que evitam problemas de espalhamento de elétrons, o que até agora representava um entrave para o uso do grafeno em aplicações eletrônicas - ou pelo menos, um entrave à utilização de todo o seu potencial.

"Qualquer coisa que possa ser feita para fabricar pequenas estruturas sem ter que cortá-las vai ser útil para o desenvolvimento da eletrônica à base de grafeno porque, se as bordas forem muito ásperas, os elétrons que estão passando por elas dispersam-se e reduzem o impacto das propriedades do grafeno," explicou o Dr. Walt de Heer, coordenador da pesquisa.

Transistores de grafeno

Para demonstrar a nova técnica, os pesquisadores utilizaram-na para fabricar uma matriz de 10.000 transistores de grafeno em um chip de 0,24 centímetro quadrado - que eles acreditam ser a maior densidade de componentes eletrônicos de grafeno já alcançada.

Nas fitas de grafeno, graças às suas dimensões em escala nanométrica, o confinamento quântico faz o material se comportar como um semicondutor, tornando-o adequado para a criação de dispositivos eletrônicos.

Mas, quando as fitas têm largura a partir de 1 micrômetro, o grafeno funciona como um condutor - como um condutor excepcional.

Esta é uma das grandes vantagens da eletrônica do grafeno, uma vez que as várias partes do dispositivo são feitas do mesmo material, eliminando a necessidade de junções entre materiais diferentes, que sempre geram resistência elétrica, com perda de eficiência do componente e dissipação de calor.

Usando moldes de diferentes profundidades, a nova técnica permite que tanto as nanofitas quanto as microfitas de grafeno sejam crescidas simultaneamente, o que abre o caminho para que o processo seja ampliado para produção em maior escala.

De Heer e sua equipe estão agora trabalhando para criar estruturas menores e para integrar os componentes de grafeno com componentes tradicionais de silício. Os pesquisadores também estão trabalhando para melhorar a eficiência dos transistores de efeito de campo de grafeno.

Apesar de entusiasmantes, o desenvolvimento de circuitos eletrônicos de grafeno encontra-se na sua infância - o grafeno "nasceu" em 2004 - e estima-se ser necessário ainda um período de cinco a dez anos para que as primeiras aplicações práticas saiam dos laboratórios em direção às fábricas.

Bibliografia:

Scalable templated growth of graphene nanoribbons on SiC
M. Sprinkle, M. Ruan, Y. Hu, J. Hankinson, M. Rubio-Roy, B. Zhang, X. Wu, C. Berger, W. A. de Heer
Nature Nanotechnology
3 October 2010
Vol.: 5, Pages: 727-731
DOI: 10.1038/nnano.2010.192

Intel investe em fotônica

Intel apresenta chip fotônico a laser para substituir fios de cobre

Redação do Site Inovação Tecnológica - 30/07/2010

A Intel anunciou um avanço importante rumo à utilização de feixes de luz para substituir o uso da eletricidade no transporte dos dados nos computadores.

A empresa desenvolveu um protótipo de chip fotônico que realizou, pela primeira vez, uma transmissão óptica de dados com lasers integrados em um chip de silício.

O link óptico é capaz de transmitir dados a distâncias maiores e em velocidades muito mais rápidas do que é possível com a tecnologia atual, chegando a até 50 gigabits de dados por segundo - isso equivale a transferir um filme inteiro em alta definição a cada segundo.

Chip fotônico

O feito é a primeira demonstração prática de um chip fotônico criado pela empresa em 2006 - veja Chip que emite e dirige luz poderá levar fotônica aos computadores.

Os chips dos computadores atuais são interligados por fios de cobre ou por trilhas metálicas nas placas de circuito impresso. Devido à degradação do sinal gerada quando metais são utilizados para transmitir dados, esses cabos têm que ser muito curtos.

Isso limita o projeto dos computadores, porque exige que processadores, memória e outros componentes sejam colocados a poucos centímetros uns dos outros.

O novo chip fotônico é um passo importante para substituir essas conexões - que usam elétrons para transferir dados - por finíssimas fibras ópticas - que usam fótons para transferir muito mais dados a distâncias muito maiores.

A grande vantagem do novo chip fotônico é a sua construção baseada no silício, que é muito mais barato e fácil de lidar do que outros materiais pesquisados na área, como o arseneto de gálio.

Super telas 3D e datacenters

O impacto da fotônica à base de silício vai além do interior dos computadores. Com as taxas de transmissão de dados alcançadas com esta tecnologia é possível imaginar telas 3D gigantescas, ocupando paredes inteiras, com uma resolução tão alta que será difícil distinguir o ambiente da sala do ambiente do filme.

Os datacenters também terão muito a ganhar, podendo ficar espalhados por vários locais diferentes, em vez de ficarem restritos a espaços pequenos, limitados pelos grossos cabos de cobre que interligam os diversos servidores.

O link de 50Gbps é estabelecido por dois chips fotônicos de silício, ambos com lasers integrados, um funcionando como transmissor e outro como receptor. [Imagem: Intel]

A tecnologia ainda não está pronta para chegar ao mercado. Justin Rattner, chefe do Intel Labs, afirma que o link de 50 Gbps pode ser comparado a um "veículo conceito", que permite que os engenheiros da empresa testem novas ideias e aprimorem as tecnologias para transmitir dados a velocidades crescentes.

O campo das telecomunicações já utiliza lasers para transmitir informações opticamente, mas essas tecnologias, em seu nível atual, são caras e volumosas demais para serem usadas dentro de um computador pessoal.

Um HD inteiro em um segundo

O link de 50Gbps é estabelecido por dois chips fotônicos de silício, ambos com lasers integrados, um funcionando como transmissor e outro como receptor.

O chip transmissor é composto por quatro lasers, cujos feixes de luz são dirigidos a um modulador óptico, responsável por codificar os dados a 12,5 Gbps. Os quatro feixes são então combinados e injetados em uma única fibra óptica, alcançando a taxa de transferência total de 50Gbps.

Na outra ponta do link, o chip receptor faz o inverso, separando a luz da fibra óptica nos quatro feixes individuais e enviando-os para os fotodetectores, que convertem os dados de volta em sinais elétricos.

Os pesquisadores já estão trabalhando para aumentar a taxa de transferência de dados. Para isso eles pretendem acelerar o modulador e aumentar o número de lasers por chip, abrindo caminho, segundo eles, para os links ópticos do futuro, na faixa dos terabits por segundo - o suficiente para transferir todos os dados de um laptop típico em um segundo.

Eletrônica

09/08/2008
Informações cedidas por Inovação Tecnológica - notícias

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