mar 09
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Dispositivo Eletrônico de Único Elétron
Não há dúvidas que nos últimos anos houve uma grande revolução na área da microeletrônica, essa revolução se deu na tentativa de se obter dispositivos cada vez mais eficientes. Um bom exemplo são os microprocessadores, quanto mais rápido for um processador; melhor! Não é mesmo? Uma forma ultilizada para aumenar a velocidade de operação dos circuitos integrados e, consequentemente, dos microprocessadores é a redução no tamanho do dispositivo eletrônico (em geral os transistores). Mas pensemos um pouco, até que ponto é possível diminuir o tamanho de um dispositivo? Será que é possível manipular “coisas” infinitamente pequenas? A resposta à essas perguntas é: SIM , atualmente os cientistas conseguem tal façanha! Para se ter uma ideia, o estado da arte está tão sofisticado que se pode manipular apenas um elétron, e ainda mais, pode-se usar essa manipulação para produzir dispositivos que operam com apenas um único elétron.
A arte de manipular um único elétron foi demonstrada por Millikan no início do século passado (veja o experimento), mas só foi implementada de fato a partir da década de 80, em circuitos de estado sólido. A grande demora entre a descoberta e a implementação, foi devido às técnicas de crescimento não serem suficientemente desenvolvidas. No decurso das últimas décadas surgiram técnicas de nanofabricação sofisticadas o bastante, tornando possível um novo campo na eletrônica, a eletrônica de único elétron (Link para o transistor de apenas um elétron).
Caro leitor, devido a complexidade envolvida na implementação de um dispositivo dessa natureza, não é possível dar uma explicação nos mínimos detalhes, porém tentarei dar uma ideia geral dos fenômenos envolvidos. Então vamos ao que interessa. A região onde se dá o controle de um único elétron é tradicionalmente chamada de ilha, na figura logo abaixo são mostrados os conceitos básicos que envolvem o fenômeno.
De acordo com a figura acima, o pequeno condutor (ilha) se encontra eletricamente neutro, dessa forma a ilha não gera nenhum campo elétrico apreciável além de suas fronteiras, e, como visto na parte (a) da mesma figura, através de uma força externa 
Uma vez que compreendemos como acontece o fenômeno que mantém apenas um elétron dentro de uma ilha, podemos pensar em um dispositivo. Imagine dois eletrôdos condutores separados por um isolante, e entre esses condutores uma ilha, veja a figura abaixo.
Como a distância entre os condutores e a ilha é muito pequena (obs. a figura não está em escala), haverá possibilidade dos elétrons que estão no condutor saltarem para a ilha (isso é conhecido como tunelamento), agora veja: se há algum elétron em excesso na ilha, a probabilidade de tunelamento diminui, por causa da repulsão colombiana, mas se a ilha estiver neutra a probabilidade de tunelamento aumenta. Esse efeito e chamado “Bloqueio de Coulomb” e esta é uma forma que se consegue o controle de um único elétron em um dispositivo.
A ideia básica de um dispositivo de único elétron parece ser simples, porém existe uma dificuldade muito grande na implementação de dispositivos dessa natureza quando o objetivo é obter um padrão de fabricação. Atualmente essa é uma barreira a ser vencida pela ciência, uma das esperanças dos pesquisadores para implementação de tal dispositivo, são os dispositivos orgânicos. Quem sabe nossos computadores terão processadores de materiais orgânicos nos próximos anos. Eu acredito na potencialidade dos materiais orgânicos na microeletrônica. E você, caro leitor, o que espera da microeletrônica para os próximos anos?
- Na prática, na maioria dos dispositivos, essa injeção de portador se dá através do tunelamento de uma barreira de potencial criada por uma fina camada isolante
P.S Em breve irei abordar o tema de materiais orgânicos na microeletrônica!
