Você já sentiu seu smartphone esquentar após uso intenso ou viu a bateria cair no pior momento possível? Um grande motivo são os circuitos eletrônicos e a memória dentro do aparelho, que consomem energia e liberam calor durante o funcionamento.
No nível mais básico, a memória do computador armazena informações como 0 e 1 para controlar a facilidade com que a eletricidade pode passar através de um elemento. Se os cientistas conseguirem projetar memórias que exijam muito menos energia, isso poderá reduzir drasticamente as necessidades de energia de telefones, computadores e outros eletrônicos.
Uma nova abordagem para memória de baixo consumo de energia
A ideia de solucionar esse problema remonta a 1971, quando pesquisadores propuseram a junção do túnel ferroelétrico (FTJ). Este tipo de memória depende da ferroeletricidade, propriedade pela qual a polarização elétrica interna de um material pode ser alterada. Quando essa polarização muda, ela afeta a facilidade com que a corrente flui, permitindo que o dispositivo armazene dados.
Apesar de sua promessa, os materiais tradicionais usados para essa memória enfrentam dificuldades à medida que os dispositivos ficam menores. O desempenho geralmente cai à medida que as peças ficam menores, limitando o alcance da tecnologia.
O óxido de háfnio permite uma memória ultrapequena
Um avanço importante ocorreu em 2011, quando os cientistas descobriram que o óxido de háfnio, um material amplamente utilizado, pode reter a sua polarização eléctrica apesar de ser extremamente fino. Com base nesta descoberta, o professor Yutaka Majima, do Instituto de Ciência de Tóquio (Science Tokyo), e sua equipe decidiram criar um dispositivo de memória extremamente pequeno, com apenas 25 nanômetros de diâmetro, o que equivale a cerca de três milésimos de um fio de cabelo humano.
Resolvendo vazamentos em nanoescala
A redução da memória nesta escala introduz um grande desafio. A corrente elétrica vaza através das fronteiras entre os minúsculos cristais do material, o que há muito tempo impede uma maior miniaturização.
Em vez de tentar evitar esse problema, os pesquisadores adotaram uma abordagem diferente. Eles tornaram o dispositivo ainda menor, o que reduziu o efeito dessas fronteiras cristalinas.
Eles também desenvolveram um novo método de fabricação aquecendo os eletrodos para que eles formem naturalmente um formato semicircular. Este projeto criou uma estrutura mais próxima de um único cristal, o que significa que havia menos limites onde poderiam ocorrer vazamentos.
Uma inovação onde menor significa melhor
Ao combinar esse projeto estrutural com a miniaturização extrema, a equipe alcançou alto desempenho em seu dispositivo. Mais importante ainda, eles demonstraram algo inesperado. Na verdade, a memória funciona melhor à medida que fica menor, revertendo uma suposição antiga na eletrônica.
O que isso significa para dispositivos futuros
Se esta tecnologia for colocada em uso no mundo real, poderá ter um enorme impacto. Dispositivos como smartwatches podem durar meses com uma única carga, e redes de sensores conectados podem operar sem a necessidade de substituições frequentes de bateria.
Na inteligência artificial (IA), esse tipo de memória pode suportar processamento mais rápido usando muito menos energia. Como o óxido de háfnio já é compatível com a fabricação de semicondutores existentes, a integração desta nova memória na eletrônica cotidiana pode acontecer de forma relativamente rápida.
Comentário do pesquisador
Desafiar o que parecem ser os limites da ciência – como “não podemos tornar as coisas mais pequenas” ou “se o fizermos, elas quebrarão” – é como caminhar no escuro. É uma luta constante. No entanto, ao questionar os pressupostos tradicionais e ao explorar novas formas de ultrapassar estas barreiras, fomos capazes de descobrir uma perspectiva inteiramente nova. Ficarei feliz se esta conquista despertar a curiosidade dos jovens que irão moldar o futuro e ajudar a construir um mundo melhor. — Yutaka Majima, Professor, Laboratório de Materiais e Estruturas, Instituto de Pesquisa Integrada, Instituto de Ciência de Tóquio.
