Equipe de
cientistas da Hewlett-Packard
estuda molécula para substituir o silício
nos chips
Reportagem da
revista eletrônica Technology Review
conta detalhes sobre a atividade de pesquisa em eletrônica
molecular financiada pela Hewlett Packard, em seus laboratórios
de Palo Alto, Califórnia. A decisão da
HP de investir em linhas de pesquisa nesse campo de
fronteira teve seu marco zero em 1995, com a contratação
de Stanley Williams, uma autoridade científica
em nanociência e full professor do departamento
de Química da Universidade da Califórnia,
campus de Los Angeles. Segundo a repórter Claire
Tristram, Stanley está na HP para 'repensar as
bases da computação'. Responsável
pelo grupo de Pesquisa em Ciência Quântica,
que faz parte do Centro de Estudos Avançados
dos Laboratórios HP, onde montou sua equipe de
pesquisadores, Stanley coordena um esforço de
investigação que dispõe de 12 milhões
e meio de dólares em quatro anos da Agência
para Projetos de Pesquisa Avançados em Defesa
e de outros 12 milhões e meio da HP (para os
quais há o compromisso de serem gastos em parceira
com grupos nas universidades) para atingir o objetivo
de "explorar os limites do fisicamente possível".
Segundo a apresentação que o grupo faz
de si em sua pagina da Internet, eles trabalham para
'fabricar nanoestruturas, medir e entender suas propriedades'.
A meta no horizonte do grupo é chegar a estruturas
que possam ser usadas para constuir computadores baseados
na capacidade de certas moléculas de transmitir
corrente elétrica. Isso seria como reinventar
o transistor, diz a reportagem: as moléculas
têm propriedades elétricas utilizáveis
e semelhantes às do silício e de outros
semicondutores e poderiam servir como amplificadores
da corrente elétrica e transmissores de sinais,
funções essenciais dos transistores.
E porque é
preciso buscar, por assim dizer, outra base material
para a eletrônica? A razão está
nos limites da tecnologia de fabricação
dos chips convencionais. A tendência à
miniaturização levou os chips até
a medida de 90 nanômetros, tamanho dos que equipam
os melhores computadores de hoje. Mas quanto menores
os chips, mais caros os equipamentos ópticos
necessários para fabricá-los - uma planta
industrial para imprimir esses circuitos custa US$ 3
bilhões. Se fosse possível o chip com
dispositivos moleculares, ele seria fabricado por processos
químicos tão "baratos quanto fazer
filme fotográfico", na comparação
de um dos cientistas ouvidos pela Tech Review.
Sobre a área de um grão de sal, poderia
ser alocada uma capacidade milhares de vezes maior do
que a dos chips de hoje. Simulações muito
mais precisas de muitos fenômenos físicos,
incluindo-se aí a previsão do tempo, se
tornariam possíveis, e em máquinas pequenas.
Esses novos computadores imitariam melhor a inteligência
humana do que os de hoje.
O grupo direciona
a investigação para problemas cruciais
da indústria - os novos dispositivos precisam
não apenas funcionar, mas admitir serem fabricados
em massa, iguais uns aos outros. Como se programa um
computador 'movido' a eletrônica molecular? De
que material serão feitas as conexões
, e como arranjá-las com a precisão e
a confiabilidade necessárias ao processo industrial?
Na escala em que o laboratório trabalha, as propriedades
dos materiais são tão difíceis
de observar e medir que as conclusões podem não
ser mais que especulação. Também
por causa da escala nanométrica, qualquer variação
no meio perturba o procedimento experimental. Segundo
a revista, Professor Williams observa que, quando finalmente
os resultados são bons, então levam mais
a perguntas do que a respostas.
A condutividade
de moléculas é assunto que permeia todas
as linhas de investigação do laboratório.
Na escala da microeletrônica, o movimento dos
elétrons por um fio macroscópico pode
ser tomado como se fosse um fluido percorrendo num cano.
Mas o que acontece quando um bilhão de elétrons
por segundo estão passando através de
uma simples molécula? Não há nenhum
modelo que se aplique a essa situação.
Quão longo será o caminho entre o estágio
de hoje e a eletrônica molecular para alcançar
os padrões da indústria?, essa é
questão a que a HP responde ao decidir quanto
investe e se investe numa área de fronteira cientifica.
Sempre segundo a reportagem, o próprio Stanley
Williams diz que não sabe quando essas coisas
começarão a ser comercializadas. Ele assevera
que a dificuldade mora no fato de que a física
fundamental dos processos envolvidos na condutividade
das moléculas não é conhecida.
A molécula
que a HP estuda
A molécula
rotaxane está no foco dos trabalhos do grupo.Trata-se
de uma criação de Fraser Stoddart, pesquisador
da mesma UCLA de onde vem Stanley. Ele construiu uma
molécula que consiste de um eixo longo com dois
aglomerados de átomos em cada ponta, e de um
anel de átomos que circunda o eixo. Na teoria,
quando uma diferença de potencial é aplicada
a um especifico par de nanofios, se houver moléculas
de rotaxane no espaço entre eles, então
os anéis de átomos que rodeiam o eixo
dessas moléculas saltam de uma ponta do eixo
para a outra e ficam lá até que outra
ddp seja aplicada. Isto aumenta e diminui a resistência
das moléculas à corrente elétrica,
e estes dois estados de condutividade poderiam representar
0 ou 1, chave da transmissão de informação.
Um sucesso do
grupo da HP é já ter conseguido 'montar'
o que poderá ser um circuito molecular, para
testar se é verdade o que a teoria prevê
para a molécula de rotaxane. Primeiro, imprimiram
oito nanofios de titânio e platina num substrato
de silício; esses fios foram cobertos por um
filme de rotaxane da espessura de uma molécula.
Depositaram então um segundo conjunto de fios
de titânio perpendiculares ao primeiro, criando
a possibilidade de uma conexão elétrica
entre os fios em qualquer das junções
da grade.
Criar uma molécula
como o rotaxane pode levar dois anos: os pesquisadores
precisam desenhar a molécula, fazer simulações
com elas, depois sintetizá-las e finalmente testar
suas propriedades eletrônicas. Por isso, também
tem quem trabalhe com moléculas da natureza.
Por exemplo, uma molécula estável e inerte
como um hidrocarbonato também pode conduzir eletricidade.
De novo, a pesquisa 'empaca' nessa área porque
não se sabe a física fundamental envolvida
no comportamento dos elétrons ao atravessar uma
molécula.
Os instrumentos
As primeiras
idéias sobre a possibilidade de uma eletrônica
molecular foi proposta na metade dos anos 70. O atual
boom da nanotecnologia e da nanociência deriva
também do fato de, só na metade dos anos
90, terem se reunido os instrumentos necessários
para testar as primeiras idéias. Ainda agora,
um problema da comunidade de pesquisadores em nanociências
é o fato de as medidas mudarem de laboratório
para laboratório, de experimento para experimento.
Nas comparações de resultados entre diferentes
grupos de pesquisa, não se sabe bem se as diferenças
de resultados têm significado real ou se podem
ser explicados por efeitos fora do controle do experimento.
Uma alternativa
a moldar nanofios, é estudar se é possível
fazê-los 'crescer', ao invés de construí-los
um a um. A idéia é boa, mas a reportagem
conta que até agora não foi possível
testá-la: a máquina em que os pesquisadores
tentam fazer crescer os nanofios não atinge o
grau de 'limpeza' suficiente para que o pó não
deixe perturbar o experimento.
Como Williams
decide o que vai mandar os pesquisadores fazerem? Ele
decide com base na sua experiência e na intuição:
segundo o que disse à Tech Review, é tudo
o que tem para decidir. Mesmo a idéia básica
da grade de nanofios recoberta por rotaxane pode, no
final, não dar certo. Quem garante que as moléculas
capturadas nas intersecções serão
mesmo capazes de comutar? Dúvidas, nesse campo,
não faltam. E haverá muitas outras pela
frente.
Reinventing
the transistor 