Dispositivos eletrônicos formados por moléculas individuais, baseados em tunelamento quântico, podem atingir densidades de integração até mil vezes superiores às dos chips de silício atuais, aponta artigo de revisão publicado em 30 de janeiro de 2026 na revista Microsystems & Nanoengineering.
Por que o silício se aproxima do limite
Desde a década de 1950, reduzir o tamanho dos transistores impulsionou o avanço da computação. Hoje, processadores como o Apple A17 Pro e o M4, fabricados pela TSMC em processo de 3 nm, operam com portas abaixo de 15 nm. Nessa escala, elétrons atravessam barreiras por tunelamento, provocando fuga de corrente mesmo quando o transistor está desligado, desperdiçando energia e gerando calor. Além disso, uma fábrica para 3 nm já ultrapassa US$ 20 bilhões, tornando o modelo econômico cada vez mais complexo.
Como a eletrônica molecular funciona
A proposta de usar moléculas como componentes eletrônicos surgiu em 1974, quando Arieh Aviram e Mark Ratner sugeriram que uma única molécula orgânica poderia atuar como retificador. A condução nesses sistemas ocorre por tunelamento quântico e decai exponencialmente com o comprimento molecular (G = G0e-βl). Interferência quântica também permite controlar a corrente: em anéis benzênicos, ligações em posição para elevam a condutância, enquanto ligações meta a reduzem em várias ordens de magnitude.
Métodos de fabricação
Para construir junções confiáveis, é preciso manter lacunas eletrodos-eletrodos abaixo de 3 nm. Duas abordagens dominam:
- Júnções estáticas – Em fios metálicos, pulsos de corrente provocam eletromigração e geram fendas atômicas; já ligas eutéticas de gálio-índio permitem contato suave com camadas auto-organizadas. Eletrodos de carbono, como nanotubos ou grafeno, oferecem melhor acoplamento a moléculas orgânicas.
- Júnções dinâmicas – Técnicas de break junction mecânica, por microscópio de varredura ou por sistemas MEMS, formam e rompem repetidamente o contato em solução, coletando milhares de curvas de condutância para análise estatística.
Dispositivos já demonstrados
Laboratórios relatam funcionamento consistente de:
- Chaves moleculares – Moléculas do tipo diaryleteno mudam de configuração sob luz UV ou visível, variando a condutância em até 100 vezes.
- Diodos moleculares – Experimento de 2017 com eletrodos de silício alcançou razão de retificação acima de 4 × 10³ em condições ambiente.
- Transistores moleculares – O primeiro, em 2000, usou C60 e obteve razão ligar/desligar próxima de 300.
Desafios de integração
Camadas auto-organizadas já permitem arranjos bidimensionais entre 109 e 1012 dispositivos/cm². Contudo, a revisão sugere adotar empilhamento tridimensional similar ao de semicondutores convencionais, com through-silicon vias para conexão vertical e redistribution layers horizontais.
Imagem: molecule Plain
O principal entrave é térmico: moléculas orgânicas degradam acima de 200 °C, enquanto etapas de fabricação de chips ultrapassam 400 °C. A estratégia proposta é construir interconexões metálicas primeiro e inserir as moléculas somente nas fases finais, em baixa temperatura.
Aplicações em vista
Memristores moleculares, capazes de reter resistência conforme o histórico de corrente, despontam para computação neuromórfica. Em 2022, um único metalofulereno mostrou comutação biestável em temperatura ambiente, armazenando bits e executando lógica básica. Já em sensores, medir a condutância de junções individuais permitiu acompanhar ciclos catalíticos de uma única enzima com precisão de picoampères.
Apesar de obstáculos como reprodutibilidade e adaptação da infraestrutura industrial, o conjunto de avanços consolida a eletrônica molecular como candidata a suceder o silício, construindo circuitos átomo a átomo e potencialmente alcançando 1014 dispositivos por centímetro quadrado.
Com informações de Nanowerk
