Ento os “molicircuitos qunticos” so mesmo reais?

Eletrnica

Redação do Site Inovação Tecnológica – 28/02/2023

Eletrnica do molibdnio

Quando os autores de fico cientfica tentam dar ares de uma era futurstica aos seus mundos, um elemento importante est na referncia a capacidades computacionais muito alm da plataforma baseada em silcio da atualidade.

Uma dessas plataformas ps-silcio ganhou fama com o nome de “molicircuitos”.

O que voc talvez no saiba que os molicircuitos so uma possibilidade aventada h muito tempo – os autores de fico adoram conversar com os cientistas para ter ideias para seus livros e novelas.

O termo “moli” vem do elemento qumico molibdnio, que o elemento principal de uma famlia de materiais muito falada, conhecida como dicalcogenetos de metais de transio, que apresenta impressionantes propriedades pticas, eletrnicas e mecnicas. No “reino da realidade” mais comum ouvir falar no em molicircuitos, mas na molibdenita, ou dissulfeto de molibdnio (MoS₂) – seu primo, o disseleneto de tungstnio (WSe2), tambm muito promissor.

A molibdenita tem estado frente do grafeno rumo s aplicaes prticas, mas h uma espcie de namoro entre a molibdenita e o grafeno no apenas porque ambos podem se juntar em componentes hbridos, simultaneamente clulas solares e LEDs, por exemplo, mas tambm porque ambos podem ser fabricados na forma de nanotubos.

Nanotubos de carbono nada mais so do que folhas de grafeno enroladas, mas os nanotubos de molibdenita tm seu prprio charme, podendo at mesmo apresentar supercondutividade se forem adequadamente dopados com outros materiais.

Dos cristais para os nanotubos

Agora, a equipe do professor Andreas Httel, da Universidade de Regensburg, na Alemanha, mostrou que os nanotubos de molibdenita podem ser mais do que uma fonte de inspirao para a fico cientfica ao resolver um dos maiores entraves s suas aplicaes prticas.

“Ento, que tal usar o MoS₂ para eletrnica quntica, dispositivos de eltron nico ou qubits (carga, spin ou vale)?” prope o pesquisador.

Aqui bom lembrar que, ao falarmos de carga eltrica estamos falando de toda a computao e eletrnica modernas, baseadas no eltron; quando falamos em spin, ou momento magntico dos eltrons, estamos falando da promissora, e j til, spintrnica; e, quando falamos em vales, ou valetrnica, j estamos em uma ponte com a computao quntica.

Antes, porm, preciso converter todo esse potencial tecnolgico em realidade.

“J existe bastante literatura de fico cientfica mencionando ‘circuitos de molibdnio’… Bem, um pequeno problema se interpe no caminho. Acontece que a estrutura de banda eletrnica do material torna bastante difcil alcanar o confinamento quntico, ou seja, estados qunticos eletrnicos discretos e endereveis. As estruturas do chip precisam ser construdas em escala muito pequena, difcil de alcanar com flocos de MoS₂ em uma superfcie de chip e, at agora, nenhum grupo de pesquisa conseguiu fazer isso de maneira controlada,” detalhou Httel.

Mas ele e seus colegas encontraram um caminho: Passar dos cristais de molibdenita tradicionalmente usados nas pesquisas para os nanotubos de molibdenita.

Nanotubos de molibdenita

Adequadamente cultivados, os nanotubos podem ser fabricados com dimetros muito pequenos, e isso fez toda a diferena. “Eles podem ser cultivados limpos e retos, com dimetros de at 20 nm – o que confina automaticamente os portadores de carga em mais uma direo em comparao com um floco bidimensional de MoS₂. O que resta restringir o movimento dos portadores de carga ao longo do eixo do nanotubo e fazer bons contatos metlicos,” contou Httel.

E essa parte eles tambm j resolveram, conseguindo conectar eletrodos do elemento bismuto aos nanotubos deixando sua estrutura intacta. “Agora, finalmente, obtivemos dispositivos que permanecem eletricamente transparentes mesmo na faixa de baixa temperatura normalmente necessria para a computao quntica e que deixam o dissulfeto de molibdnio intacto,” disse Httel.

E, se isso no lhe parece suficientemente prximo da fico cientfica, tem mais: Durante os testes, a equipe j confirmou em seus nanotubos fenmenos de largo interesse tecnolgico, como pontos qunticos e tunelamento eletrnico atravs de estados qunticos nicos e discretos. Assim, tudo o que parece faltar um pouco de miniaturizao do sistema de controle como um todo, colocando tudo em escala de chip.

“At agora, por razes prticas, usamos nanotubos e nanofitas bastante grandes. Ainda assim, podemos mostrar que, em nossa configurao de baixa temperatura, em temperaturas abaixo de 0,1 K, como so usadas em muitas abordagens de computao quntica, a corrente passa por estados qunticos discretos em nosso chip – e esse um grande passo para controle de carga, spin ou at qubits de vale em MoS₂,” finalizou Httel.

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