Cientistas fotografam etapas de formação dos nanotubos de carbono

Fonte: http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=010165061227

Embora já estejam conseguindo fabricar nanotubos de carbono na faixa dos milímetros de comprimento, até agora os cientistas não entendiam exatamente como se desenrola o processo de sua formação. Isto porque a reação que gera essas incríveis nanoestruturas é rápida demais, durando as frações de segundo de um "zapt" de energia no meio de um amontoado de grafite em pó.

Agora, cientistas da Academia de Ciências da China, coordenados pelo Dr. Zhu Zhenping, conseguiram fazer uma "ultra câmera lenta" do processo, fotografando as etapas intermediárias do nascimento de um nanotubo de carbono.

A teoria mais aceita até hoje, conhecida como modelo de absorção-difusão- grafitização, elaborada por R.T.K. Baker, estava se mostrando muito fraca para explicar uma grande variedade de fenômenos que estão sendo documentados nas experiências práticas.

A equipe do Dr. Zhenping então "congelou" a reação em várias etapas, gerando uma nova descrição que deverá ajudar a cientistas do mundo todo no projeto de novas experiências e no desenvolvimento de novas técnicas para fabricação dos nanotubos.

As fotos das etapas intermediárias da reação mostra que o processo de desenvolve em três etapas bem definidas. Na primeira, o carbono do grafite forma nanopartículas a partir da condensação dos átomos de carbono. A seguir, essas nanopartículas se estruturam sozinhas - se "automontam", como dizem os cientistas - em nanofios, por meio de uma interação anisotrópica. Na última etapa, os nanofios se transformam em nanotubos como conseqüência da coalescência das partículas e cristalização estrutural.

Transistor mais fino do mundo é feito com folha de grafeno

Fonte: http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=010110070302

A equipe do Dr. Andre Geim, da Universidade de Manchester, Inglaterra, tem estado na fronteira do conhecimento há vários anos quando o assunto são materiais ultra-finos. Foi o seu grupo que primeiro isolou grandes segmentos de grafeno - as folhas de carbono mais finas que se pode produzir, com apenas um átomo de espessura (veja 1, 2 e 3).

Agora, o Dr. Geim e seu colega russo Kostya Novoselov utilizaram o grafeno para construir o mais fino transístor já fabricado, um avanço que aponta para mais uma alternativa tecnológica quando se atingirem os limites da miniaturização da eletrônica atual.

Grafeno

O grafeno é uma estrutura plana composta unicamente por átomos de carbono. A melhor analogia para explicar sua aparência é a tradicional tela de galinheiro. Os cientistas descobriram que pequenas fatias desse material possuem propriedades muito interessantes e que poderão ser exploradas intensamente no futuro.

O que é mais interessante nessas fitas de grafeno de apenas um átomo de espessura é que elas são estáveis mesmo quando possuem apenas alguns nanômetros de largura. O silício, o material com que são feitos os atuais transistores, oxida, se degrada e se torna instável quando é reduzido a dimensões 10 vezes maiores.

Transístor ultra-fino

Quando relataram a descoberta do grafeno, em 2004, os cientistas conseguiram utilizar o material para construir um transístor. Mas era um componente com sérios problemas de "vazamento" de corrente - eles não podiam ser desligados.

A solução foi cortar o grafeno em pequenas fatias que, para surpresa dos pesquisadores, mostraram-se incrivelmente estáveis.

"Nós fizemos fitas de apenas alguns nanômetros de largura, e não podemos descartar a possibilidade de estreitar o grafeno ainda mais - talvez até a um único anel de carbono," diz o professor Geim.

A pesquisa sugere que os circuitos eletrônicos do futuro possam ser criados a partir de uma única folha de grafeno. Esses circuitos poderiam incluir pontos quânticos, barreiras semitransparentes para controlar o movimento de elétrons individuais, interconexões e portas lógicas - tudo feito inteiramente de grafeno.

"Hoje nenhuma tecnologia consegue cortar elementos individuais com precisão nanométrica. Nós temos que contar com a sorte para estreitar nossas fitas para poucos nanômetros de largura," diz Leonid Ponomarenko, outro pesquisador do grupo.

Eletrônica de carbono

A vida como a que conhecemos, inclusive a nossa, é inteiramente baseada no carbono. Com o advento da eletrônica, deparamo-nos com uma nova tecnologia que ganha cada vez mais em "inteligência", mas que é baseada em outro elemento, o silício. O silício está para os chips assim como o carbono está para o ser humano.

Por analogia, sempre que os cientistas utilizam carbono em seus experimentos, os dispositivos resultantes são chamados de "orgânicos". LEDs e células solares orgânicas, certamente os componentes mais promissores desse tipo já construídos, nada mais são do que LEDs e células solares que têm carbono em sua estrutura, desempenhando um papel ativo.

Agora, a descoberta do transístor de grafeno - que é carbono puro - pode apontar no sentido da reunião desse dois "reinos": vida e inteligência artificial, tudo feito igualmente de carbono.

As implicações filosóficas e até poéticas são óbvias. Mas o caminho não é curto e nem simples. A pesquisa está apenas nos seus primeiros passos. Não é mais fácil construir transistores de poucos átomos de carbono do que é fazer a mesma coisa com poucos átomos de silício.

De qualquer forma, quando tivermos a tecnologia que nos permita cortar com precisão fatias de grafeno com poucos átomos de largura, já teremos um material para continuar fazendo avançar a microeletrônica, mesmo depois que o silício tiver ficado na história.

     

Programa permite construção de circuito eletrônico com nanotubos de carbono

 Fonte: http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=010110070628

Construir um chip é o supra-sumo da precisão, empacotando componentes eletrônicos e fios de cobre de algumas dezenas de nanômetros de espessura na menor área possível, sem que nenhum toque o outro, o que poderia causar curto-circuitos e inutilizar o microprocessador.

Nanotubos de carbono

Há muito tempo os cientistas olham com enorme interesse para os nanotubos de carbono - que possuem propriedades mecânicas, elétricas e eletrônicas que os tornam candidatos naturais para uma nova geração de chips, substituindo não apenas os fios de cobre, ouro e prata, mas também na composição dos transistores, os blocos básicos com que são construídos os chips.

Os resultados, porém, não têm vindo com a rapidez que seria de esperar: os nanotubos crescem de forma quase aleatória, com quebras e dobras que os tornam quase indomáveis, muito diferentes dos "comportados" fiozinhos de cobre do interior dos chips.

Já que colocar os nanotubos de carbono na linha tem se mostrado uma tarefa ingrata, pesquisadores das Universidades de Stanford e Sul da Califórnia, ambas nos Estados Unidos, resolveram mudar o enfoque. Eles descobriram uma forma de construir circuitos eletrônicos de nanotubos de carbono que funcionam mesmo se os nanotubos estiverem embaraçados.

Ordem no caos

O ponto de partida foi uma porta NAND, um elemento básico de um circuito eletrônico. Os pesquisadores conseguiram fazer com que esse elemento funcionasse mesmo com nanotubos de carbono trançados e tortos.

A seguir eles fizeram uma abstração do funcionamento dessa porta - como ela funciona em teoria, apesar dos nanotubos desalinhados - e generalizaram seus cálculos. O resultado foi um algoritmo - o raciocínio lógico por trás de um programa de computador - que garante um desenho funcional para qualquer elemento de um circuito, mesmo que vários nanotubos estejam desalinhados.

Usando simulações em computador, os cientistas demonstraram não apenas que o seu algoritmo funciona, como também verificaram que os circuitos de nanotubos de carbono assim construídos são comparáveis aos circuitos tradicionais em termos de custo, velocidade e consumo de energia.

Circuitos eletrônicos de nanotubos de carbono

A chave para se determinar se um elemento de um circuito é imune ao desalinhamento dos nanotubos está na individualização dos diversos elementos, criando uma malha teórica muito fina sobre o circuito, onde cada segmento da malha pode ser analisado matematicamente.

Fazendo isto com modelos abstratos, os engenheiros conseguem determinar quais segmentos da malha os nanotubos podem ou não atravessar. Para eliminar as conexões indesejadas, os nanotubos que cruzarem essas "regiões ilegais" podem ser quimicamente retirados ou anulados eletricamente por alguma outra técnica mecânica.

O algoritmo vai além e aplica sofisticados cálculos matemáticos para determinar automaticamente se as regiões legais e ilegais devem aparecer no projeto de um elemento do circuito com um função em particular. "Você não apenas determina se algo é imune ou não, mas você automaticamente gera projetos de circuitos que têm a garantia de serem imunes," explica o pesquisador Subhasish Mitra.

O programa sozinho, contudo, ainda não conseguirá viabilizar a fabricação de uma primeira geração de chips de nanotubos de carbono. O problema é que, por enquanto, os cientistas apenas conseguiram evitar conexões indesejadas e não existe uma garantia de que as conexões legais irão realmente funcionar.

Agora o grupo de pesquisadores vai usar o seu programa para projetar e construir os primeiros protótipos de circuitos eletrônicos de nanotubos de carbono. Durante estes testes, eles esperam chegar a novas descobertas que possam garantir a conexão dos nanotubos onde elas são realmente necessárias.