Os resultados da investigação estão publicados na conceituada revista Advanced Functional Materials.
Os avanços da investigação tornam possível um futuro microprocessador flexível transparente, mais rápido e eficiente, a integrar os nossos telemóveis e computadores. Imagem gerada por OpenAI’s tools
E se pudéssemos ter um telemóvel incorporado na nossa roupa ou até como pulseira? Uma equipa de investigadores da Faculdade de Ciências da Universidade do Porto (FCUP) acaba de dar mais um passo, através de um estudo pioneiro, para que estas tecnologias sejam parte do nosso dia a dia.
Num trabalho publicado na conceituada revista Advanced Functional Materials, os cientistas testaram um material promissor da classe dos isoladores topológicos e comprovaram que este pode ser utilizado em substratos flexíveis que podem, por exemplo, “alojar” tecnologia na nossa roupa. Para além disso, avançam com um importante contributo para a fabricação escalável destes nanomateriais, uma vez que utilizam técnicas igualmente usadas a nível industrial.
Mas o que torna estes materiais tão vantajosos para a indústria e tecnologia? Os dispositivos eletrónicos, como memórias avançadas para telemóveis e computadores, querem-se cada vez mais pequenos, mais rápidos, eficientes e de baixo consumo energético. No entanto, a exigência de um tamanho mini faz com que rapidamente aqueçam, o que reduz substancialmente a velocidade de processamento e a sua eficiência.
Para resolver este problema de dissipação de energia e de aquecimento, os cientistas têm investido na área da eletrónica de spin, que utiliza o spin (efeito de íman) dos eletrões, e não o movimento de carga, para processar e armazenar informações. Desta forma, uma vez que a manipulação de spin não envolve o movimento literal dos eletrões, é reduzido o aquecimento.
A solução passa pela utilização dos isoladores topológicos, ainda pouco estudados, mas que prometem ser a chave para a tecnologia do futuro. Por duas razões: apresentam à superfície canais condutores de eletrões – estados de superfície topológicos que permitem às extremidades ou superfícies conduzir eletricidade sem perder energia; estes estados potenciam vários efeitos de spin que podem ser aproveitados no desenvolvimento de novos dispositivos.
Um progresso significativo para a eletrónica de spin
Os investigadores perceberam que, mesmo em substratos flexíveis, estes canais condutores permanecem estáveis, abrindo assim caminho para tecnologias, não só mais eficientes e rápidas à pequena escala, mas também para materiais que podem ser dobrados e moldados para serem usados, por exemplo, junto ao nosso corpo.
“Estes avanços são especialmente relevantes para a integração de isoladores topológicos em tecnologias flexíveis de eletrónica de spin, permitindo o desenvolvimento de dispositivos eletrónicos de elevada eficiência e de baixo consumo energético”, destaca André Pereira, docente da FCUP e líder da equipa responsável por este avanço.
Filmes finos desenvolvidos na FCUP com uma espessura mais fina do que um fio de cabelo (escala dos nanómetros). Foto: IFIMUP
Com o objetivo de promover a condução de superfície, e assim aumentar a eficiência energética, os investigadores desenvolveram na FCUP filmes finos numa estrutura flexível e que incorporou o Bi2Te3, um material da classe dos isoladores topológicos. “Este trabalho representa um progresso significativo na fabricação deste tipo de nanomateriais a um nível escalável para a indústria de eletrónica de spin e no controlo das propriedades quânticas destes materiais”, sublinha o investigador.
“Usamos técnicas escaláveis de magnetron sputtering e tratamentos térmicos pós-deposição e demonstramos como a organização estrutural dos filmes influencia as suas propriedades elétricas e topológicas”, destaca.
Estrutura (a verde) e dispositivo (parte central a fazer lembrar um pequeno floco de neve onde estão inseridos os filmes finos com o material estudado. Foto: IFIMUP
O estudo publicado insere-se no âmbito do doutoramento em Física da estudante da FCUP, Mafalda Moreira, que conta com a orientação dos docentes e investigadores do Departamento de Física e Astronomia da FCUP, André Pereira, do Instituto de Física de Materiais Avançados, Nanotecnologia e Fotónica (IFIMUP) e Eduardo Castro, do Centro de Física das Universidades do Porto e do Minho, e da investigadora da FCUP e IFIMUP, Ana L.Pires. Assinam ainda o artigo, Rui Vilarinho, investigador da FCUP e IFIMUP, e Sofia Ferreira-Teixeira, alumna da FCUP.