Transístor mecânico viabiliza eletrônica extrema

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Este mecanismo em escala nano funciona como um transístor - um nanotransístor mecânico -, retendo a informação mesmo na ausência de energia.
[Imagem: Sunil Rana et al. - 10.1038/s41467-020-14872-2]


Nano-relé

Este minúsculo dispositivo é um relé nanoeletromecânico (NEMS), que pode ser posto em uma de duas posições, reter essa posição na ausência de energia e funcionar perfeitamente em temperaturas altas demais para os eletrônicos convencionais - até por volta dos 200 ºC.

Isto significa que ele pode substituir um transístor, funcionando como uma memória não-volátil em aplicações onde os transistores eletrônicos não se dão bem.

Este é o caso da eletrônica de potência necessária para os veículos elétricos, mas também dos aviões, naves espaciais, no interior de equipamentos industriais, enfim, em qualquer lugar onde o processamento ou o armazenamento de dados precise funcionar em temperaturas extremas e com pouco gasto de energia.

Um transístor também é uma chave, que pode estar ligado ou desligado, mas ninguém havia conseguido demonstrar um NEMS - um dispositivo eletromecânico em escala nano - que pudesse funcionar como uma memória não-volátil de forma confiável.

O problema é que as peças eletromecânicas não se dão bem com a miniaturização. Conforme as dimensões diminuem, as forças eletrostáticas tornam-se predominantes, e as peças tendem a grudar umas nas outras, aumentando o atrito e fazendo com que o mecanismo pare de funcionar em pouco tempo.


Esquema do nanotransístor mecânico.[Imagem: Sunil Rana et al. - 10.1038/s41467-020-14872-2]

Transístor mecânico

Sunil Rana e seus colegas da Universidade de Bristol, no Reino Unido, superaram esse problema usando um mecanismo rotacional que mantém uma lacuna de ar constante entre o eletrodo móvel e a viga mestra fixa.

Isso elimina o problema conhecido como "tensão de tração" - a tensão crítica no eletrodo acima da qual a capacitância cresce conforme a lacuna de ar isolante se torna mais fina, fazendo o mecanismo travar.

"Os eletrônicos construídos a partir de nanorrelés, em vez de transistores, podem trabalhar em temperaturas muito mais altas e, ao mesmo tempo, ter um estado de espera com zero de energia. Qualquer sistema eletrônico digital precisa de lógica e memória, e esse relé facilita a criação de memórias baseada em relés que retêm o estado armazenado quando desligados, usando a aderência. Manter um intervalo de ar constante à medida que o relé alterna permite um controle eletrostático muito preciso e melhora muito a confiabilidade," disse o professor Dinesh Pamunuwa.

Bibliografia:

Artigo: Nanoelectromechanical relay without pull-in instability for high-temperature non-volatile memory
Autores: Sunil Rana, João Mouro, Simon J. Bleiker, Jamie D. Reynolds, Harold M. H. Chong, Frank Niklaus, Dinesh Pamunuwa
Revista: Nature Communications
Vol.: 11, Article number: 1181
DOI: 10.1038/s41467-020-14872-2

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