Hardware molecular: a promessa e os desafios

Hardware molecular: a promessa e os desafios
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A corrida vem acontecendo desde que os primeiros chips de silício para computador começaram a aparecer. Os fabricantes de hardware estão constantemente se superando em um frenesi para amontoar tantos transistores quanto possível em espaços cada vez mais minúsculos. Em 2014, a Intel comemorou o lançamento de processadores com transistores sobre 6.000 vezes menor que o diâmetro de um único fio de cabelo. Isso está muito longe, no entanto, do sonho de alcançar a fabricação de transistores de nível molecular. Em 17 de junho de 2016, um grupo de pesquisadores da Universidade de Pequim, em Pequim, pode ter provado que esse sonho pode ser mais perto da realidade do que pensamos. Conforme a corrida por hardware menor continua, podemos também mergulhar no que isso pode significar para nós e nos desafios que os fabricantes podem enfrentar ao tentar tornar a tecnologia do tamanho de uma molécula uma realidade.

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O problema com a palavra “molécula”

Sempre que pensamos em uma molécula, pensamos em algo extraordinariamente pequeno – algo tão pequeno que só pode ser observado com equipamentos altamente especializados. O problema é que, ao contrário dos átomos, as moléculas nem sempre vêm em tais dimensões microscópicas. Quando alguém me diz que fez um transistor que consiste em uma única molécula, a primeira pergunta que vem à mente é: “De que tipo de molécula estamos falando?”

Uma cadeia molecular pode ser enorme. Polímeros como o DNA dentro de cada célula do seu corpo podem ser medidos em qualquer lugar 1,5 a 3 metros quando esticado inteiramente, e isso é apenas uma molécula. Normalmente usamos coisas como moléculas de água como um ponto de referência para o tamanho, medindo cerca de 0,275 nanômetros de diâmetro, se você estiver curioso. Nenhum deles pode abranger corretamente uma representação adequada do tamanho dos transistores que os pesquisadores da Universidade de Pequim desenvolveram.

O que sabemos é que esses interruptores são construídos a partir de eletrodos de grafeno (um arranjo molecular de carbono com um átomo de espessura) com grupos de metileno entre eles. Nenhum meio de comunicação nos deu uma pista adequada de quão grande seria esse transistor, mas pode ser uma aposta segura que estamos olhando para algo mais próximo de uma molécula de água (considerando quão pequenos são os grupos de grafeno e metileno) do que um DNA molécula.

Tamanho não é tudo

molécula hardware-grafeno

Embora seja importante garantir que você tenha o máximo de potência possível em um pequeno espaço, reduzir o tamanho dos transistores não é a única coisa que você pode fazer. Além de fazer uma troca molecular eficaz que tem uma vida útil significativamente maior (um ano) do que seus predecessores (algumas horas), os pesquisadores em Pequim U. também alcançaram outro avanço: a troca também pode se comunicar usando fótons em vez de elétrons em movimento. Os fótons viajam muito mais rápido do que as ondas eletromagnéticas (até 100 vezes mais rápido), o que significa que seríamos capazes de empilhar mais transistores em espaços pequenos e dar a cada um desses minúsculos insetos um aumento de velocidade do tipo Gordon Moore só poderia ter sonhado.

Por que este hardware minúsculo é desafiador

Como acontece com qualquer coisa com que lidamos no nível atômico ou molecular, as coisas podem ficar muito instáveis. Por exemplo, os campos eletromagnéticos têm uma forte tendência de fazer com que as estruturas atômicas de metais e outros materiais condutores mudem levemente. Essa mudança pode ser interpretada como um sinal. Os “grãos” microscópicos de material no nível atômico também podem fazer com que os transistores funcionem incorretamente. Os pesquisadores da Peking U. conseguiram até agora criar um switch que poderia ativar e desativar mais de cem vezes, com durabilidade de um ano. Embora seja uma conquista maravilhosa como está, duvido que muitas pessoas ficariam entusiasmadas em ter um computador com a vida útil de um hamster com tendência ao câncer. O primeiro desafio real é isolar o ambiente microeletrônico de tal forma que ele possa funcionar por mais de uma década.

Mesmo que um switch molecular viável e altamente durável seja finalmente construído por alguém, colocá-lo em um processo de manufatura simplificado apresenta um desafio totalmente novo por si só. Em um futuro previsível, os circuitos integrados são o método preferido para comunicação de hardware interno. Fazer com que este sistema volumoso funcione com interruptores moleculares é quase impossível. Para piorar a situação, medir coisas dentro das pequenas lacunas entre as moléculas (o que você precisa fazer para ler os dados armazenados dentro) requer ambientes altamente especializados que precisam de muita energia para se manter.

The Takeaway

O esforço de ter interruptores do tamanho de algumas das menores moléculas que a humanidade pode manipular é muito tentador e promissor. Ou seja, se os fabricantes puderem superar obstáculos como exigir temperaturas criogênicas para ler dados, se livrar da lacuna na conectividade entre as moléculas e os circuitos eletromagnéticos no nível do homem das cavernas e, de alguma forma, mitigar o minúsculo tempo de vida dessa tecnologia quando colocada em teste no mundo real. Se eles conseguirem pular por esses obstáculos, então sim, a tecnologia de switch molecular certamente criará uma revolução que tornará completamente obsoletos os atuais circuitos integrados e chips baseados em silício.

Quando você acha que seremos capazes de superar todos esses desafios? Conte-nos em um comentário!

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