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Material 1T-TaS₂ alterna entre isolante e condutor com controle térmico simples, prometendo avanço de mil vezes na velocidade dos computadores.
Pesquisadores da Northeastern University e da Brown University alcançaram um avanço inédito ao manipular um material quântico chamado 1T-TaS₂. Com uma técnica simples de aquecimento e resfriamento rápido, eles conseguiram controlar as propriedades elétricas do material, alternando entre estados condutor e isolante.
A descoberta, publicada na Nature Physics, pode representar um salto de mil vezes na velocidade dos computadores atuais.
Habilitando a mudança com calor
O método usado é conhecido como têmpera térmica.
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Nele, o material é aquecido e resfriado rapidamente, como se fosse vidro quente mergulhado em água fria. Esse processo estabiliza uma nova fase da matéria, até então difícil de manter.
A fase em questão combina duas características opostas do 1T-TaS₂: um estado metálico oculto e seu equivalente isolante.
Essa combinação cria um material híbrido, onde condutividade e isolamento convivem.
O mais surpreendente é que esse novo estado permanece estável por meses, mesmo após o resfriamento, sem precisar de pulsos de laser ou choques elétricos.
Condutor e isolante ao mesmo tempo
O 1T-TaS₂ é conhecido por suas fases eletrônicas ordenadas, chamadas de ondas de densidade de carga (CDW). Dependendo da temperatura, essas fases fazem com que o material se comporte como metal ou isolante.
Há anos, cientistas tentam entender e controlar um estado metálico “oculto” que surge brevemente quando o material é atingido por um pulso de laser muito rápido.
Esse estado durava apenas microssegundos e exigia temperaturas extremamente baixas. Agora, pela primeira vez, ele foi estabilizado com um simples ajuste térmico.
A técnica do resfriamento rápido
O processo de “quenching térmico” consistiu em resfriar o material a uma taxa de 120 kelvins por segundo.
Se o resfriamento fosse mais lento, o material permanecia em seu estado isolante comum. Mas quando atingia essa velocidade ideal, ele passava para a fase mista desejada.
Essa nova fase foi confirmada por meio de uma técnica de difração de raios-X de alta resolução no Cornell High Energy Synchrotron Source.
Os resultados mostraram padrões distintos de arranjos atômicos e de comportamento elétrico, reforçando a presença dos dois estados ao mesmo tempo.
Temperatura mais prática para aplicações
A fase mista conseguiu se manter estável até -73 °C (ou 210 kelvins). Apesar de ainda ser uma temperatura baixa, ela é muito mais acessível do que as exigidas por métodos anteriores. Isso abre possibilidades reais para aplicações tecnológicas futuras.
Transistores, que são a base dos computadores modernos, dependem de materiais que alternam entre condutor e isolante. O silício, usado atualmente, já está atingindo seus limites físicos. Materiais como o 1T-TaS₂ podem representar o próximo passo.
Mais rápido que tudo — até o silício
“Os processadores trabalham em gigahertz atualmente. A velocidade de mudança que isso permitiria nos levaria a terahertz”, afirmou Alberto de la Torre, físico da Northeastern e principal autor do estudo.
Essa mudança de escala representa mil vezes mais velocidade do que o silício pode oferecer.
Além disso, a mudança de estado pode ser acionada pela luz — o mensageiro mais rápido conhecido. “Não há nada mais rápido que a luz”, disse Fiete, um dos coautores.
“E estamos usando a luz para controlar as propriedades dos materiais essencialmente na velocidade mais rápida possível permitida pela física.”
Para onde isso pode nos levar?
Com a estabilização dessa fase mista, abre-se um novo campo de possibilidades. Os pesquisadores pretendem explorar técnicas ainda mais precisas para manipular os domínios do 1T-TaS₂.
Isso inclui desenhar circuitos e dispositivos com esse novo material que opera entre os dois extremos: condução e isolamento.
“Estamos em um ponto em que, para obter melhorias surpreendentes no armazenamento de informações ou na velocidade de operação, precisamos de um novo paradigma”, declarou Fiete.
O estudo aponta que esse paradigma pode estar no controle térmico de materiais quânticos — um caminho promissor, sem a necessidade de ferramentas caras e instáveis como lasers ultrarrápidos.
Computadores do futuro começam aqui
O mais importante da pesquisa é que, com uma simples mudança de temperatura, foi possível reconfigurar a “paisagem de energia livre” do material.
Isso significa alterar o comportamento fundamental do 1T-TaS₂ sem usar técnicas invasivas ou complexas.
Antes, o estado metálico oculto era apenas uma curiosidade científica, visível por instantes em ambientes extremos.
Agora, ele pode ser mantido por tempo indefinido e em condições menos rígidas. Isso abre portas para que a eletrônica baseada nesse material se torne viável, talvez até comum.
A pesquisa mostrou que é possível dar um salto significativo na eletrônica usando algo tão simples quanto calor e frio.
A fase mista do 1T-TaS₂, agora estabilizada por meses, representa um avanço rumo a computadores mais rápidos, menores e muito mais eficientes.
O estado antes considerado inalcançável, hoje pode ser observado e controlado. E, no futuro, pode ser ele a base das novas tecnologias que substituirão o silício.
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