Fio ultrafino de nibio conduz eletricidade seis vezes melhor que cobre

Energia

Redação do Site Inovação Tecnológica – 14/04/2025

Mais fino, mais energia

A condutividade eltrica do cobre de 5,96 x 10⁷ S/m (Siemens por metro), enquanto a do nibio quase 10 vezes menor, de 6,7 x 10⁶ S/m.

Mas, reforando o saber de que as coisas no funcionam exatamente como se espera quando chegamos na escala atmica, cientistas descobriram agora que fitas base de nibio, quando fabricadas com apenas alguns tomos de espessura, superam em muito a condutividade eltrica do cobre.

Esses filmes finos, feitos de fosfeto de nibio (NbP), so os primeiros exemplos de materiais no cristalinos a se tornarem melhores condutores medida que se tornam mais finos. At agora, os melhores condutores a superar o cobre nas escalas da nanoeletrnica tinham apenas estruturas cristalinas exatas, o que significa que so necessrias temperaturas muito altas para sintetiz-los.

E este um detalhe importante: O fosfeto de nibio pode ser fabricado e depositado em temperaturas suficientemente baixas para serem compatveis com a fabricao de chips. Isso permitir seu uso para a interligao dos circuitos integrados e demais componentes eletrnicos nas placas de circuito impresso, tornando os eletrnicos do futuro mais potentes e energeticamente mais eficientes.

“Ns estamos rompendo um gargalo fundamental de materiais tradicionais como o cobre,” disse Asir Khan, da Universidade de Stanford, nos EUA. “Nossos condutores de fosfeto de nibio mostram que possvel enviar sinais mais rpidos e eficientes por meio de fios ultrafinos. Isso pode melhorar a eficincia energtica dos chips futuros, e mesmo pequenos ganhos se acumulam quando muitos chips so usados, como nas enormes centrais de dados que armazenam e processam informaes hoje em dia.”

Um prottipo de chip construdo pela equipe usando os fios ultrafinos de fosfeto de nibio.
[Imagem: Asir Khan/Eric Pop]

Semimetais topolgicos

claro que tudo tem uma explicao.

O fosfeto de nibio o que os pesquisadores chamam de semimetal topolgico. Isso significa que o material pode conduzir eletricidade, mas suas superfcies externas so mais condutivas do que seu material interno.

Assim, quanto mais fina for fabricada a pelcula de fosfeto de nibio, menor se tornar seu material interno – mas suas superfcies permanecem as mesmas. Isso permite que suas superfcies externas, mais condutivas, contribuam mais para as correntes eltricas e resultem em um material com melhor condutividade.

Em comparao, metais condutores tradicionais, como o cobre, no so topolgicos, o que faz com que se tornem piores condutores de eletricidade conforme vo ficando mais finos. O efeito maior de 50 nanmetros para baixo. A 1,5 nanmetro, a condutividade eltrica do fosfeto de nibio seis vezes maior que a do cobre.

“Acreditava-se que, se quisssemos aproveitar essas superfcies topolgicas, precisaramos de bons filmes monocristalinos, que seriam realmente difceis de depositar,” comentou o pesquisador Akash Ramdas. “Agora temos outra classe de materiais – esses semimetais topolgicos – que potencialmente podem funcionar como uma forma de reduzir o consumo de energia nos eletrnicos.”

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