Material se auto-organiza e cria processador por conta própria

Redação do Site Inovação Tecnológica -  21/09/2016

Os óxidos complexos se auto-organizam em circuitos elétricos, o que cria a possibilidade de criar novos tipos de chips de computador. [Imagem: ORNL]

Auto-organização computacional

Um dos grandes sonhos da nanotecnologia é reconstruir a matéria de baixo para cima, molécula por molécula, para que os materiais resultantes possam ter os comportamentos e as propriedades que o projetista desejar.

Mas que tal então materiais que nem dependam de tanto esforço, que possam se auto-organizar para formar circuitos lógicos completos, capazes de fazer cálculos computacionais?

E, mais do que isso, que esses circuitos possam ser "reescritos", rearranjados para cumprir funções diferentes conforme a necessidade?

Longe das teorias, essa possibilidade acaba de ser demonstrada experimentalmente por Andreas Herklotz e seus colegas do Laboratório Nacional Oak Ridge, nos EUA.

Separação de fase

O material é formado por uma mistura complexa de cristais de óxidos que, quando confinados em escalas micrométricas ou nanométricas, começa a funcionar como se fosse um circuito elétrico formado por múltiplos componentes, assim como um circuito eletrônico é formado por múltiplos transistores, resistores etc.

Essa auto-organização parece decorrer de um comportamento incomum dos óxidos cristalinos chamado separação de fase - pequenas regiões no material apresentam propriedades eletrônicas e magnéticas radicalmente diferentes das outras.

"O que foi interessante neste experimento é que nós descobrimos que podemos usar essas fases para que elas funcionem como elementos de um circuito. O fato de que é possível também mover esses elementos de um lado para o outro abre a incrível possibilidade de construir circuitos regraváveis no material," disse o professor Thomas Ward, coordenador da equipe.

A separação de fase induz a formação de domínios metálicos, isolantes e semicondutores que geram respostas do tipo resistor e capacitor que podem ser controladas eletricamente. [Imagem: Andreas Herklotz et al. - 10.1002/aelm.201600189]

Processadores customizados

Como as diversas fases respondem tanto a campos magnéticos quanto elétricos, o material pode ser controlado de várias maneiras, o que cria a possibilidade de novos tipos de chips e processadores de computador.

"É uma nova forma de pensar sobre a eletrônica, onde você não tem apenas campos elétricos sendo ligados e desligados para seus bits - não é meramente ligar a energia. Isto aponta para a exploração de abordagens completamente diferentes em direção a arquiteturas multifuncionais, onde a integração de múltiplos estímulos externos pode ser feita em um único material," prevê Ward.

Os pesquisadores demonstraram esta nova abordagem inovadora em um material chamado LPCMO (sigla dos seus elementos constituintes: lantânio, praseodímio, cálcio, manganês e oxigênio), mas Ward observa que outros materiais com separação de fase têm propriedades diferentes que podem ser exploradas.

"Isto significa que os materiais e arquiteturas que servem de base aos supercomputadores, PCs e smartphones, cada um com necessidades muito diferentes, não precisarão mais ser forçados a seguir um único caminho, onde o mesmo chip deve servir para todos," disse o pesquisador.

Bibliografia:

Multimodal Responses of Self-Organized Circuitry in Electronically Phase Separated Materials
Andreas Herklotz, Hangwen Guo, Anthony T. Wong, Ho Nyung Lee, Philip D. Rack, Thomas Zarc Ward
Advanced Electronic Materials
Vol.: 2 (9): 1600189
DOI: 10.1002/aelm.201600189