POR QUE CIENTISTAS PRECISAM ACELERAR A PESQUISA EM NANOTUBOS DE CARBONO

A combinação entre tamanho e tempo pode tornar nanotubos de carbono (CNTs, na sigla em inglês) na resposta às preces da indústria de computadores na medida que esta se segura à pressão de fazer chips de silício cada vez menores. Caso contrário, os mesmos fatores podem transformar os CNTs em um beco sem saída tecnológico. Nesse universo, o tamanho se refere às dimensões dos nanotubos de carbono versus a geometria reduzida dos componentes nos chips de silício entregues hoje. Um CNT é basicamente um tubo cuja parede conta com um átomo de carbono de espessura. Para colocar a coisa toda em perspectiva, o próprio tubo conta com 1 nanômetro ou milésimos de um mícron, apesar de que pode ter dezenas de mícrons de comprimento. Apesar de ser feito em carbono, paredes únicas de CNTs são excelentes condutoras graças a condutância quântica, que permite que elétrons propaguem ao longo do comprimento dos tubos. Já o tempo se refere a progressão da Lei de Moore, uma observação feita pelo co-fundador da Intel, Gordon Moore, que defendeu que o número de componentes em um chip deve dobrar a cada dois anos, sem aumento de seu preço. De acordo com isso, cerca de oito anos a partir de agora, a tecnologia de silício - que atingiu a geometria de 14 nm - chegará ao nível atômico. A essa altura, presumivelmente, a indústria não será mais capaz de sustentar a Lei de Moore, tornando componentes de silício cada vez menores. Então, a pergunta que fica é - estarão os nanotubos de carbono com geometria de 1nm prontos até lá? O principal trabalho em tecnologia CNT para o design de chips está sendo conduzido pela Stanford University e pela IBM Research. Pesquisadores das duas instituições estão otimistas, porém cautelosos. “Nós sentimos que os CNTs têm uma chance de substituir os transistores de silício em algum momento do futuro – se problemas críticos forem resolvidos”, explica Supratik Guha, diretor de ciências físicas na IBM Research.

Esta raquete conta com minúsculos computadores que se beneficiam de nanotubos de carbono, material que poderia levar a processadores menores e mais eficientes

Pequenos tubos com grande impacto

O problema de estabelecer circuitos de chip com nanotubos de carbono que correspondem ao tamanho dos componentes de silício ainda não foi resolvido, destaca Guha. Uma vez que CNTs não carregam corrente suficiente para um transistor funcional, cinco ou seis tubos paralelos são necessários para uma conexão. Os tubos devem ser estabelecidos a 6nm ou 7nm para minimizar a interferência, mas uma maior separação somente desperdiçaria espaço. “Atualmente, nós somos capazes de separá-los a 100nm, então é preciso uma melhora significativa aqui”, ressalta o pesquisador da IBM Research. “É aqui que precisamos de um novo pensamento. Com a corrente separação não há nenhuma vantagem sobre o silício”, completa. Um circuito de silício que é superior a 30nm de largura não é um problema, como vestígios de metal em dispositivos 14nm são cerca de 50 nm de largura, indica o analista da indústria de semicondutores Linley Gwennap, líder no Linley Group. “Não há nada no processo de 14nm que atualmente meça 14nm”, diz acrescentando que o corpo principal de um transistor Intel a 14nm mede 10nm. Outra questão que preocupa Guha, da IBM, diz respeito a pureza das fibras de carbono. A construção de circuito exige nanotubos de carbono de paredes únicas, enquanto tubos com duas ou mais paredes contam com características elétricas diferentes e sua presença constitui impurezas. “Nós precisamos de 99.999% de pureza” - em outras palavras, paredes únicas de CNTs - “e agora nós estamos a 99,9%”, diz Guha. “Nós estamos chegando lá, e eu estou confiante que nós consertaremos o problema”. Além disso, Max Shulaker, estudante da Stanford que atende como representante para a pesquisa de CNT, diz que o principal obstáculo para a comercialização dos CNTs é a necessidade de melhorar a sua resistência de contato, ou em outras palavras, a sua conectividade com outros condutores utilizados no sistema, como o silício e cobre. Os pontos de conexão são finos e então criam resistência elétrica que exige voltagem adicional para superar e operar o sistema, ele explica. A questão também está presente no silício, mas designers de silício têm trabalhado em soluções por anos. Shulaker também vê a necessidade de um melhor "doping" dos nanotubos de carbono que serão utilizados como transistores. O doping, neste caso, é a introdução de certas impurezas para controlar as propriedades elétricas para que funcione como um transistor.

Um deadline apertado

No entanto, resolver os diversos problemas dos nanotubos de carbono devem acontecer dentro de um tempo limite ou a tecnologia pode também ser abandonada. Com a tecnologia de chip agora ao nível 14nm, em dois anos, alcançando o nível 10 nm, e em quatro anos aos 7nm, e talvez os 5 nm nos próximos seis anos, explica Guha. Mas 5nm é em torno de 20 átomos de silício de largura, dimensões tão reduzidas que ser inferior a 5nm pode se tornar difícil, barrando a descoberta de alguma forma de manipular os átomos individuais. “Nós temos talvez três outras gerações da tecnologia – talvez quatro se você for realmente otimista. Depois as melhorias no silício cessarão”, prevê Guha. CNTs estão ao nível 1nm. Mas para a indústria adotar a tecnologia, seus problemas devem ser resolvidos em tempo para planejadores acrescentá-los aos roteiros de produção, antes de fabricar chips, eles precisam construir fábricas para isso. Em consequência, “nós precisamos demonstrar a praticidade da tecnologia CNT nos próximos dois ou três anos, ou a oportunidade irá se fechar e a tecnologia não estará lá quando precisarmos dela”, disse Guha. Se os problemas forem resolvidos, “nós poderemos ver produtos comerciais em seis ou sete anos”, diz o pesquisador. “Ou o desenvolvimento pode se arrastar por uma década ou a tecnologia nunca se tornará econômica”, disse. No entanto, mesmo diante de todas as suas particularidades, a bússola continua a apontar para a tecnologia CNT como uma possível forma de estar em dia com a Lei de Moore – assumindo que não há forma de fazer componentes de silício cada vez menores. Outra questão é que “qualquer nova tecnologia precisa ter em mente que o silício tem dominado a indústria por décadas e bilhões foram investidos na infraestrutura. Mas nanotubos de carbono são 100% compatíveis com silício, já que você consegue construi-los em substratos de silício”, explica Shulaker. “Eu espero que CNTs sejam usados algum dia”, ele acrescentou. “Não precisa substituir o silício, pode ser construído sobre o silício, e, portanto, não precisaria fazer tudo de uma vez”, prevê Gwennap. FONTE: idgnow.com.br/mobilidade/2015/11/10/por-que-cientistas-precisam-acelerar-a-pesquisa-em-nanotubos-de-carbono/