⚡ Este efeito quântico que poderia arruinar os futuros microprocessadores

Os materiais bidimensionais – essas folhas de átomos de extrema fineza – são considerados o próximo grande avanço na eletrônica. No entanto, um estudo da Universidade de Viena revela um limite na escala atômica: um ínfimo interstício que, embora quase invisível, poderia arruinar o desempenho de muitos candidatos promissores.

Os transistores, esses interruptores eletrônicos na base de toda nossa eletrônica e em particular dos microprocessadores, baseiam-se em um material semicondutor controlado por um eletrodo. Para miniaturizar ainda mais, o isolante que separa esses dois elementos deve se reduzir a um nível extremamente fino. Os pesquisadores descobriram um problema em certas combinações: o semicondutor e o isolante não se tocam realmente: um espaço vazio de cerca de 0,14 nanômetro persiste, enfraquecendo o acoplamento capacitivo e limitando a miniaturização.


Este problema vem das fracas forças de van der Waals que devem ligar as camadas entre si, um fenômeno de eletrodinâmica quântica. Como explica o professor Tibor Grasser, essa força leve não é suficiente para manter as camadas bem alinhadas, e deixa sempre um interstício, independentemente da qualidade intrínseca do material. A única solução considerada é projetar materiais 'com fecho éclair', onde o semicondutor e o isolante se encaixam firmemente, suprimindo o vácuo.

Os cientistas então estabeleceram um método para prever quais combinações evitarão essa armadilha. Para o professor Mahdi Pourfath, a indústria deve desde o início integrar o isolante no projeto dos futuros transistores, sob pena de investir bilhões em caminhos sem saída. Esta pesquisa, publicada na Science, redesenha o mapa dos materiais viáveis para os chips do amanhã.

Forças de van der Waals: uma cola atômica frágil

As forças de van der Waals são interações eletromagnéticas fracas que aparecem entre átomos ou moléculas próximas. Ao contrário das ligações químicas fortes (como as ligações covalentes), elas não necessitam de compartilhamento de elétrons. Elas resultam de flutuações temporárias de carga que criam dipolos magnéticos.

Em materiais 2D como o grafeno, essas forças garantem a coesão entre as camadas. Sua intensidade depende da distância: quanto mais próximas as camadas, mais forte é a atração. Mas em superfícies não perfeitamente lisas ou idênticas, persiste um espaço ínfimo (cerca de 0,14 nm) que reduz a aderência.

Essa fraqueza se revela quando se empilham camadas de naturezas diferentes, como um condutor 2D e um isolante. Os átomos dos dois materiais não conseguem se alinhar perfeitamente, e as forças de van der Waals não são suficientes para preencher os interstícios, criando lacunas que prejudicam o desempenho eletrônico.