Memotransístor: Nasce componente que irá transformar processador em cérebro eletrônico

Redação do Site Inovação Tecnológica 

Símbolo do novo componente - o memotransístor - com a ilustração de sua vocação natural: a computação que imita o funcionamento do cérebro.[Imagem: Hersam Research Group]

Memotransístor

Assim como os transistores são a base da eletrônica atual, tudo indicava que os memoristores se tornariam a base da computação neuromórfica, a computação baseada em processadores que imitam a forma como o cérebro humano trabalha.

Mas a coisa pode ser melhor do que se pensava.

Acaba de nascer o primeiro "memotransístor", um híbrido de transístor e memoristor - portanto, um transístor com memória - que funciona de forma parecida com um neurônio, com a vantagem de poder operar tanto no processamento como no armazenamento de informações.

Com características combinadas de um memoristor e de um transístor, o memotransístor possui múltiplos terminais, o que permite que ele opere de forma mais semelhante a uma rede neural e suas múltiplas sinapses - um memoristor, que é um resistor com memória, tem dois terminais, enquanto um transístor tem três.

Transístor com memória monoatômico

O memotransístor foi construído com molibdenita (MoS₂ - dissulfeto de molibdênio), um semicondutor formado por uma única camada atômica e com limites de grânulos bem definidos em sua rede cristalina, que influenciam o fluxo da corrente elétrica.

Semelhante ao modo como as fibras são dispostas na madeira, os átomos são dispostos em domínios ordenados - chamados de grânulos ou grãos - dentro de um material cristalino. Quando uma tensão elétrica é aplicada, os limites dos grãos facilitam o movimento atômico, causando uma mudança na resistência.

"Como o dissulfeto de molibdênio é atomicamente fino, ele é facilmente influenciado pelo campo elétrico aplicado," explicou o professor Mark Hersam, da Universidade Northwestern, nos EUA. "Esta propriedade nos permite fazer um transístor. As características do memoristor vêm do fato de que os defeitos no material são relativamente móveis, especialmente na presença de limites entre os grãos".

Apesar de ter utilizado um material monoatômico, o memotransístor já nasceu em uma pastilha, sendo fabricado ao longo de um filme policristalino contínuo - em comparação com outros componentes de materiais monoatômicos, que tipicamente são fabricados em flocos isolados do material, o que torna mais difícil passar da demonstração em laboratório para a fabricação industrial.

Apesar de feitos com um material monoatômico, os memotransistores já são fabricados em pastilhas. [Imagem: Vinod K. Sangwan et al. - 10.1038/nature25747]

Sinapses artificiais

Depois de fabricar vários memotransistores uniformemente na pastilha inteira (wafer), a equipe adicionou contatos elétricos extras. Os transistores típicos possuem três terminais, mas a equipe conseguiu demonstrar memotransístores de até sete terminais, no qual um terminal controla a corrente entre os outros seis.

"Isso é ainda mais parecido com os neurônios no cérebro," disse Hersam, "porque no cérebro geralmente não temos um neurônio conectado a apenas um outro neurônio. Em vez disso, um neurônio está conectado a vários outros neurônios para formar uma rede. A estrutura do nosso componente permite múltiplos contatos, que é semelhante às múltiplas sinapses nos neurônios."

Agora a equipe vai trabalhar na miniaturização e no aumento da velocidade de chaveamento do memotransístor.

"Acreditamos que o memotransístor pode ser um elemento fundamental em circuitos para novas formas de computação neuromórfica," acrescentou Hersam. "No entanto, fazer dezenas de componentes, como fizemos agora, é diferente de fazer um bilhão, como se faz com a tecnologia de transístor convencional hoje. Contudo, até o momento, não vemos barreiras fundamentais que evitem uma maior ampliação da nossa abordagem."

Bibliografia:

Multi-terminal memtransistors from polycrystalline monolayer molybdenum disulfide
Vinod K. Sangwan, Hong-Sub Lee, Hadallia Bergeron, Itamar Balla, Megan E. Beck, Kan-Sheng Chen, Mark C. Hersam
Nature
Vol.: 554, pages 500-504
DOI: 10.1038/nature25747