Investigadores da Universidade do Sul da Califórnia demonstraram um dispositivo de memória capaz de funcionar a temperaturas superiores a 700 °C, limite que ultrapassa de forma significativa a tolerância dos componentes eletrónicos convencionais. A solução, apresentada por Jian Zhao e pelo professor Joshua Yang, utiliza um memristor — resistor com memória — construído com grafeno, tungstênio e óxido de háfnio. O avanço pode viabilizar sistemas informáticos operacionais em motores, turbinas, usinas de energia e missões espaciais, setores onde o calor excessivo costuma inviabilizar o uso de semicondutores.
Demanda por eletrónica resistente ao calor
Computadores comerciais deixam de funcionar quando a temperatura interna se aproxima de 100 °C, ponto em que soldas e isolantes perdem a integridade. No entanto, a digitalização de processos industriais, a exploração espacial e a busca por energia geotérmica exigem circuitos que continuem ativos sob calor intenso. Sem componentes adequados, engenheiros dependem de pesados sistemas de arrefecimento, que ocupam espaço, elevam custos e consomem energia. A nova memória surge como resposta direta a esse desafio, prometendo reduzir a necessidade de refrigeração e elevar a confiabilidade de equipamentos submetidos a condições extremas.
Segundo Zhao, a descoberta ocorreu durante testes com grafeno para outro tipo de dispositivo. A equipa notou que determinada configuração resistia a temperaturas muito superiores às esperadas. A partir daí, os investigadores concentraram esforços na criação de um componente de memória não volátil que mantivesse desempenho mesmo após ciclos prolongados de aquecimento. “Identificámos uma estrutura com tolerância térmica significativamente maior do que todas as anteriores”, afirmou o autor principal.
O professor Joshua Yang destaca que a inovação cobre um dos elementos mais críticos de qualquer sistema eletrónico. Sem uma solução de armazenamento confiável, sensores, controladores e módulos de processamento de sinal não operam de forma autónoma. “Exploração espacial, perfuração em águas profundas e reatores de fusão exigem eletrónica que não ceda ao calor. Este memristor preenche uma lacuna importante”, declarou.
Estrutura do novo memristor
O dispositivo é formado por uma fina camada de óxido de háfnio (HfO₂) posicionada entre dois eletrodos: um superior, de tungstênio, e outro inferior, de grafeno. O tungstênio foi escolhido por apresentar o ponto de fusão mais alto entre os metais puros, enquanto o grafeno mantém integridade mecânica e elétrica quando exposto a calor extremo. Essa configuração assegura que nenhum dos contatos se degrade, mesmo após vários ciclos térmicos acima de 700 °C.
Nos memristores tradicionais, baseados em cerâmica, átomos do eletrodo superior migram pela camada isolante quando a temperatura sobe, formando um caminho condutor permanente que provoca curto-circuito. No novo design, o grafeno impede a fixação desses átomos: embora o tungstênio ainda se desloque, a superfície do material bidimensional não oferece sítios de ancoragem estáveis, obrigando as partículas a se dispersarem. Esse bloqueio físico-químico evita falhas e estende a vida útil do componente.
Funcionalmente, o memristor registra informação por meio da variação de resistência elétrica em resposta às tensões aplicadas anteriormente. O estado resistivo permanece mesmo após o corte da alimentação, característica que o torna não volátil. Além de armazenar dados, o dispositivo pode realizar operações lógicas e multiplicações de matrizes diretamente na memória, beneficiando arquiteturas de computação in-memory e aceleradores de inteligência artificial.
Imagem: Tecnologia Inovação Notícias
Efeitos sobre consumo de energia e desempenho
A equipa observou que, em faixas de temperatura elevadas, o memristor necessita de tensões e correntes de operação inferiores às requeridas em ambiente de laboratório convencional. Essa redução melhora a eficiência energética global e poderá simplificar a eletrificação de plataformas industriais. Outro benefício direto é a eliminação de sistemas de arrefecimento ativos, responsáveis por parcela significativa do ruído e do gasto de força em servidores e centrais de controlo.
Se integrada a transistores de carbeto de silício (SiC) — já conhecidos pela elevada capacidade térmica — a memória permitirá criar placas eletrónicas completas para monitoramento em turbinas a gás, motores de foguete ou reatores nucleares. Nessas aplicações, a recolha de dados em tempo real sem atrasos ou falhas representa vantagem operacional e de segurança.
Próximos passos da pesquisa
Os autores planejam estudar materiais alternativos que reproduzam o comportamento de superfície do grafeno mas apresentem maior facilidade de produção em escala industrial. Embora o grafeno possa ser depositado em folhas contínuas, o processo requer equipamentos especializados e etapas de transferência delicadas. Opcionalmente, compostos bidimensionais de transição metálica ou filmes ultrafinos dopados podem oferecer rota de fabricação mais económica.
Outro objetivo é integrar o memristor a circuitos lógicos também tolerantes a calor, produzindo módulos mistos de memória e processamento. A compatibilidade com linhas de fabrico existentes será avaliada para acelerar a adoção em setores críticos. Segundo Yang, a combinação de resistência térmica, baixo consumo e capacidade de computação paralela posiciona o dispositivo como candidato para plataformas de inteligência artificial distribuídas em locais inóspitos, como a superfície de Vénus ou o interior de poços geotérmicos.
À medida que a procura por análise de dados em tempo real aumenta, a capacidade de colocar sensores inteligentes diretamente nas zonas de interesse — sem longos cabos ou proteções volumosas — poderá redefinir a forma como indústrias monitoram processos. O memristor desenvolvido na Universidade do Sul da Califórnia representa um passo decisivo nessa direção, demonstrando que a eletrónica pode continuar operante muito além dos limites tradicionais de temperatura.
