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EUA alcançam tecnologia de semicondutores com economia de energia bilhões de vezes superior! Desafio direto à liderança da China

Escrito por Fabio Lucas Carvalho
Publicado em 07/11/2024 às 13:33
semicondutores
Foto: Reprodução

Avanço dos EUA em semicondutores com eficiência energética impressionante coloca o país em posição de desafiar a China no setor tecnológico

O avanço da tecnologia de armazenamento de dados é um tema central nas pesquisas de materiais semicondutores, e uma descoberta recente promete transformar esse campo.

Pesquisadores da Universidade da Pensilvânia, do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT) e do Instituto Indiano de Ciências (IISc) desenvolveram uma técnica que amorfiza o seleneto de índio usando uma corrente elétrica, reduzindo drasticamente o consumo de energia desse processo.

O que é memória de mudança de fase (PCM)

A Memória de Mudança de Fase, conhecida pela sigla PCM (do inglês Phase Change Memory), é uma tecnologia promissora no armazenamento de dados que explora a capacidade de certos materiais de alterar seu estado entre amorfo e cristalino.

Essa mudança de fase permite armazenar informações de forma binária, assim como um sistema liga/desliga, semelhante ao sistema binário de dados utilizado em computadores.

Atualmente, o PCM é aplicado em dispositivos como celulares e computadores, mas ainda enfrenta desafios em grande escala devido ao alto consumo de energia necessário para alterar a fase dos materiais.

Este processo é normalmente realizado através de fusão e têmpera, um método que exige resfriamento rápido após o material ser aquecido ao estado líquido, impedindo a formação de cristais.

O pesquisador da UPenn Ritesh Agrawal com alguns dos equipamentos usados ​​no estudo do novo processo, que reduz drasticamente o custo energético da amorfização. Crédito da imagem: 
Bella Ciervo

Semicondutores! A descoberta dos pesquisadores: redução no consumo de energia

Em uma colaboração recente entre a Índia e os EUA, os pesquisadores descobriram que é possível realizar uma mudança de fase com um bilionésimo da energia necessária em métodos eficientes, utilizando o seleneto de índice (In₂Se₃).

O uso desse material ambiental inaugura uma nova era para as capacidades de armazenamento de dados, especialmente em dispositivos de baixa potência.

O processo de amorfização, que transforma o material em uma fase amorfa, é normalmente obtido através de calor extremo.

No entanto, o grupo liderado por Ritesh Agarwal, da Universidade da Pensilvânia, declarou, há uma década, que pulsos elétricos conseguiam obter o mesmo efeito em materiais à base de germânio, antimônio e telúrio.

Mais recentemente, o estudo se expandiu para incluir o seleneto de índio, um semicondutor com propriedades únicas.

Propriedades únicas do seleneto de índio

O seleneto de índio (In₂Se₃) possui características ferroelétricas e piezoelétricas, o que significa que ele pode se polarizar espontaneamente e gerar corrente elétrica como resposta ao estresse mecânico. Essas propriedades facilitam o processo de amorfização com menor consumo de energia.

Para entender melhor o processo, Agarwal inveja amostras do material do professor Pavan Nukala, do Instituto Indiano de Ciências (IISc).

Nukala e sua equipe utilizaram um conjunto avançado de ferramentas de microscopia in-situ para observar as características. Os cientistas notaram que o processo de amorfização no In₂Se₃ ocorre de maneira semelhante a um terremoto ou avalanche.

O fenômeno da avalanche e terremoto no material

Durante a aplicação de uma corrente elétrica, pequenas regiões do seleneto de índio, medindo apenas um bilionésimo de metrô, começaram a amorfizar.

As propriedades piezoelétricas e a estrutura do material geram instabilidade, fazendo com que porções do In₂Se₃ mudem de posição, semelhante ao movimento da neve numa montanha prestes a desabar.

Quando a deformação atinge um ponto crítico, o material sofre uma propagação em cadeia de mudanças, semelhante às ondas sísmicas que ocorrem durante um terremoto. Essas ondas geram novas áreas amorfas, como uma avalanche.

É nesse ponto que a energia é utilizada de forma mais eficiente, uma vez que o processo se autorreforça.

Impacto e futuro da tecnologia PCM com seleneto de índio

A descoberta traz novas possibilidades para o desenvolvimento de dispositivos de memória de baixo consumo. Shubham Parate, doutorando do IISc e integrante do estudo, descreve a experiência como “arrebatadora” ao observar todas essas características interagindo em diversas escalas.

O professor Agarwal destaca que a descoberta abre novos horizontes na área de transformações estruturais de materiais.

A partir dessas propriedades combinadas, é possível projetar dispositivos de memória com um consumo energético bastante reduzido, o que poderia se beneficiar desde pequenos dispositivos móveis até grandes centros de processamento de dados, que demandam alta eficiência.

Entretanto, ainda há desafios a serem enfrentados para que o PCM com seleneto de índio atinja o mercado de forma ampla. A compreensão completa das interações entre as propriedades piezoelétricas e ferroelétricas do In₂Se₃ é crucial para aprimorar a eficiência do processo e suas previsões em escalas industriais.

Conclusão

O estudo realizado por pesquisadores da Universidade da Pensilvânia, MIT e IISc indica um futuro promissor para o armazenamento de dados em dispositivos com baixo consumo energético.

Ao utilizar correntes elétricas para amorfizar o seleneto de índio, foi possível reduzir drasticamente o consumo de energia do processo de mudança de fase.

Esta inovação tecnológica pode ser uma chave para resolver um dos maiores problemas do PCM, fornecendo armazenamento mais eficiente e sustentável.

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Fabio Lucas Carvalho

Jornalista especializado em uma ampla variedade de temas, como carros, tecnologia, política, indústria naval, geopolítica, energia renovável e economia. Atuo desde 2015 com publicações de destaque em grandes portais de notícias. Minha formação em Gestão em Tecnologia da Informação pela Faculdade de Petrolina (Facape) agrega uma perspectiva técnica única às minhas análises e reportagens. Com mais de 10 mil artigos publicados em veículos de renome, busco sempre trazer informações detalhadas e percepções relevantes para o leitor. Para sugestões de pauta ou qualquer dúvida, entre em contato pelo e-mail flclucas@hotmail.com.

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