Um grande avanço na área da eletrônica: cientistas criaram o primeiro semicondutor funcional do mundo feito de grafeno, um material conhecido por ser resistente, flexível, leve e de alta resistência.

O avanço chega na hora certa. O silício, material usado para fazer quase todos os eletrônicos modernos, está chegando ao seu limite.

A corrida para desenvolver os semicondutores de grafeno também se dá por causa de sua velocidade superior e eficiência energética em comparação com o silício.

O estudo, publicado na revista científica Nature em 3 de janeiro, apresenta um semicondutor de grafeno funcional que é adequado para uso em nanoeletrônica.

Os autores afirmam que a descoberta representa um passo importante em direção à próxima geração da computação e para uma nova maneira de construir eletrônicos.

"Não sabemos aonde isso vai parar, mas sabemos que estamos abrindo a porta para uma grande mudança de paradigma na eletrônica", disse o autor principal Walter de Heer, do Instituto de Tecnologia da Geórgia, nos EUA, em um comunicado à imprensa. "O grafeno é a primeira etapa. Quem sabe quais serão as próximas, mas há uma boa chance de que o grafeno se torne o paradigma nos próximos cinquenta anos."

Semicondutores de silício estão chegando ao limite

O chip de computadores de mesa, laptops e celulares usam eletricidade que flui através de interruptores de silício para representar uns e zeros, também conhecidos como bits. Usamos semicondutores de silício sempre também que usamos cartão de crédito, ligamos o carro, abrimos portas em ônibus e trens.

"Os semicondutores são essenciais para o funcionamento de todos os computadores. Eles nos permitem criar pequenos interruptores que podem ser ligados e desligados para permitir o fluxo de eletricidade. É essa eletricidade que flui pelos circuitos elétricos que permite que os computadores façam cálculos", disse Sarah Haigh, professora de materiais do Instituto Nacional de Grafeno, da Universidade de Manchester, no Reino Unido.

Mas os semicondutores de silício têm suas limitações, o que levou os cientistas a procurar um novo material.

"Os componentes eletrônicos de silício requerem uma grande quantidade de potência e energia, incluindo a energia necessária para resfriar os componentes eletrônicos quando a energia é emitida como calor", disse Haigh à DW.

Grafeno: material maravilha

O grafeno é uma folha de carbono com a espessura de um átomo. Esses carbonos são dispostos em hexágonos em forma de mosaico, muito parecido com um favo de mel. Apesar de ser o material mais fino do mundo, o grafeno tem propriedades elétricas e estruturais extraordinárias.

É um material incrivelmente forte, cerca de 200 vezes mais forte que o aço. É tão forte que é possível segurar uma bola de futebol com apenas uma camada atômica de grafeno.

O grafeno também é incrivelmente flexível, o que o torna ideal para uso em dispositivos elétricos e baterias, ou mesmo impresso em vidro, plástico ou tecido.

Mas seu potencial para ser usado como um semicondutor mais rápido e eficiente em consumo de energia foi o que mais entusiasmou os cientistas.

"A possibilidade de manter a velocidade excepcional do grafeno, bem como a eficiência da condução de elétrons, sem exigir grandes quantidades de energia, oferece um enorme potencial para que ele seja usado para criar eletrônicos além do silício, com computadores mais rápidos e que usam menos energia para funcionar", disse Haigh.

Primeiro supercondutor funcional de grafeno

O grafeno também tem desvantagens, que vêm impedindo seu uso na eletrônica. Uma das principais questões é conhecida como "problema do intervalo de banda".

"Há mais de uma década, os cientistas da área tentam aplicar a excepcional condutividade do grafeno em circuitos eletrônicos", disse Haigh.

O intervalo de banda é uma propriedade eletrônica crucial que permite que os semicondutores liguem e desliguem. O grafeno não tinha um intervalo de banda – até agora.

A equipe de De Heer descobriu como utilizar grafeno em chips especiais de carbeto de silício. A pesquisa levou dez anos, pois a equipe refinou os materiais e alterou as propriedades químicas do grafeno até obter a estrutura perfeita.

Finalmente, o grafeno foi capaz de agir como um semicondutor de alta qualidade que rivaliza com o silício.

"O bom do grafeno é que, além de poder fazer coisas menores, mais rápidas e com menos dissipação de calor, você está realmente usando propriedades dos elétrons que não são acessíveis no silício. Portanto, essa é realmente uma mudança de paradigma, uma maneira diferente de fazer eletrônica", disse de Heer.

Eletrônicos mais rápidos e com maior eficiência energética               

Os especialistas acreditam que a inovação tem um enorme potencial para o setor de eletrônicos.

"Os eletrônicos de grafeno são mais eficientes porque exigem menos energia para ligar e desligar. Eles também permitem que os elétrons fluam sem criar muito calor indesejado que precisa ser resfriado com ventiladores [o que também demanda energia]", explica Haigh.

"Isso significaria que os telefones poderão ficar semanas sem recarregar a bateria e reduzir o consumo de energia em todas as partes de nossas vidas, reduzindo os custos e a poluição causada pelos combustíveis fósseis", acrescentou.

Os novos supercondutores de grafeno, além da economia de energia e aumento da velocidade das máquinas, ainda podem acelerar o desenvolvimento de tecnologias de computação quântica.

Os computadores quânticos podem resolver em segundos problemas que levariam milênios para serem resolvidos por supercomputadores comuns, mas ainda são um sonho em desenvolvimento.