Pesquisadores da Universidade de Pequim desenvolvem transistores que não são mais à base de silício, que segundo eles pode superar os chips mais recentes da Intel, TSMC e Samsung.
Chips e um novo paradigma
O noticiário mais recente dá conta de que pesquisadores chineses desenvolvem um novo chip que rompe com as tecnologias atuais baseadas em pastilhas de silício.
Este desenvolvimento foi liderado por pesquisadores da Universidade Fudan, em Xangai. As descobertas foram publicadas na revista Nature Materials e sugerem que este novo transistor pode ser o mais eficiente e poderoso já produzido.
O silício é a base sobre a qual os processadores têm sido desenvolvidos e aprimorados e, principalmente miniaturizados. Estamos falando de escalas de 3 para 2 nanômetros.
Porém, os cientistas indicam que a tecnologia baseada no silício está no limite do seu desenvolvimento. No limite do tamanho dos chips, os elétrons começam a tunelar.
Bismuto, a nova base
O bismuto é o elemento 83 da da tabela periódica, encontrado na natureza principalmente na forma de mineral, a bismutinita (Bi2S3) e bismita (Bi2O3).
Seus maiores produtores são a China, Peru, México e Canadá
A definição precisa é transistor de efeito de campo (FET) com canal de bismuto. A inovação não está no chip inteiro feito de bismuto, mas no uso de uma finíssima camada (menos de 1 nanômetro de espessura) de bismuto como o material através do qual os elétrons fluem quando o transistor está ligado.
Porque este desenvolvimento é uma inovação?
Para entender a importância desse avanço, é crucial saber o problema que ele tenta resolver: Limite Físico do Silício: Os transistores nos chips modernos têm escalado para tamanhos absurdamente pequenos (na casa de alguns nanômetros). Quando a espessura do canal de silício se aproxima de 0,3 nm (o tamanho de poucos átomos), um fenômeno quântico chamado "espalhamento de elétrons" se torna severo. Os elétrons começam a "vazar" e a colidir uns com os outros, gerando calor e tornando o transistor ineficiente e instável. Isso é um grande obstáculo para a Lei de Moore. Problema de Consumo de Energia: Esse vazamento de elétrons é uma das principais fontes de consumo de energia em chips modernos, limitando a vida útil da bateria em dispositivos móveis e criando enormes desafios de refrigeração em data centers.
Porque o Bismuto?
O bismuto foi escolhido por uma combinação de propriedades físicas:
Alta mobilidade eletrônica
A mobilidade dos elétrons é uma medida de quão rápido e facilmente os elétrons podem se mover através de um material sob um campo elétrico.
Filmes finos de bismuto demonstram uma mobilidade eletrônica muito superior à do silício em escalas atômicas. Isso significa que os transistores podem chavear (ligar/desligar) mais rapidamente, permitindo operações de computação mais velozes.
Maior Condutividade e Eficiência Energética:
Devido à sua alta mobilidade, o bismuto consegue conduzir corrente elétrica com muito menos resistência. Isso se traduz em menos energia perdida na forma de calor e, consequentemente, um consumo de energia significativamente menor. +
Estima-se que transistores baseados em bismuto possam operar com apenas uma fração da energia necessária para transistores de silício equivalentes.
Espessura Atômica e Escalabilidade:
Os pesquisadores conseguiram criar e integrar com sucesso camadas de bismuto com apenas 0,6 nanômetros de espessura (equivalente a uma única “bi-camada” atômica). Esta é uma espessura crítica que é menor e mais eficiente do que os canais de silício mais avançados atuais, permitindo a continuação da miniaturização dos transistores.
Band Gap Ideal:
O “band gap” (banda proibida) é a quantidade de energia necessária para tornar um material condutor. O bismuto possui um band gap que é considerado “quase zero”, o que é uma característica vantajosa para aplicações de baixa voltagem e alta velocidade, pois os elétrons podem ser facilmente excitados para conduzir corrente.
Conclusões
O desenvolvimento de Canal de Bismuto ainda é um produto de pesquisas científicas, e por esse motivo, ainda deve ter um amplo caminho a percorrer até até atingir uma escala industrial suficiente para substituir a tecnologia atual de silício. Mas ele mostra nos vos horizontes para a miniaturização de componentes eletrônicos com maior velocidade, escalabilidade e melhor aproveitamento de energia.
Sob este ponto de vista, é um marco científico importante e mostra que a China está trabalhando em pesquisa fundamental de ponta.
Por suas características, este tipo de chip pode ter aplicações importantes:
- Chips da IA mais eficientes
- Maoir durabilidade para as baterias de dispositivos móveis
- Maior capacidade de computação com menor pegada energética
O mais importante é saber que já existe uma tecnologia substituta ao silício, quando esta tecnologia parece chegar ao seu limite
