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A Volta das válvulas (NT007)

Usando recursos da nanotecnologia, cientistas da NASA estão criando válvulas extremamente pequenas capazes de oscilar em frequências que os transistores comuns não alcançam.

As válvulas equiparam todos os equipamentos eletrônicos durante muitos anos, reinando absolutas pela sua capacidade de gerar sinais, amplificar e também de chaveamento.

Estes componentes foram praticamente desbancados pelos transistores que podiam fazer a mesma coisa, ocupando menos espaço e gastando menos energia.

As próprias válvulas apresentavam um problema que era resolvido em parte pelos transistores que é o chamado tempo de trânsito.

O fato dos elétrons emitidos pelo catodo precisarem percorrer uma boa distância para chegar até o anodo, passando pela grande que controlava seu fluxo, fazia com que a válvula tivesse uma limitação em relação à velocidade de operação, conforme sugere a figura 1.

 

 

Figura 1 - Funcionamento de uma válvula triodo
Figura 1 - Funcionamento de uma válvula triodo

 

De fato, as válvulas comuns são muito maiores que os transistores, significando uma boa distância a ser percorrida pelos portadores de carga.

Desta forma, as válvulas comuns estão limitadas na sua operação à frequências da ordem de algumas centenas de megahertz, chegando no máximo a pouco mais de gigahertz.

É claro que técnicas especiais levam a válvulas especiais, como as válvulas de ondas progressivas (TWT) ou aos magnetrons que podem operar em frequências muito mais altas, mas são componentes caros, volumosos e que exigem uma boa quantidade de energia. Na figura 2 temos uma válvula de ondas progressivas.

 

Figura 2 - Uma válvula de ondas progressivas (Traveling Wave Tube ou TWT)
Figura 2 - Uma válvula de ondas progressivas (Traveling Wave Tube ou TWT)

 

A volta às válvulas deve-se a nanotecnologia que pode levar a elaboração de válvulas tão pequenas, que o tempo de trânsito chegará a valores menores do que os obtidos em semicondutores.

O que ocorre é que nos materiais semicondutores, o tempo de trânsito dos portadores de carga é menor do que no vácuo. Assim, numa nanoválvula será muito mais rápida do que um nanotransistor.

Desta forma, usando a nanotecnologia, pesquisadores da NASA, do Ames Reserch Center Field na Califórnia, chegaram a uma nanoválvula capaz de operar com frequências na faixa dos Terahertz (1 Terahertz 1 THz equivalente a 1000 GHz).

Uma característica muito importante destas novas válvulas é que, além de serem um ponto de cruzamento entre duas tecnologias, as nanoválvulas podem ser fabricadas com facilidade e à prova de radiação.

De fato, os transistores podem ser inutilizados por pulsos de radiação eletromagnética de grande intensidade (EMP - veja artigo no site), enquanto que as válvulas não.

As nanoválvulas foram criada desenvolvendo-se uma minúscula cavidade em silício dopado com fósforo. A cavidade é envolvida pelos eletrodos semelhantes aos das válvulas, mas separados por distâncias de apenas 150 nm. (nanômetros). Na figura 3 temos sua estrutura.

 

Figura 3 - Estrutura da nano válvula
Figura 3 - Estrutura da nano válvula

 

Os elétrons são emitidos pelo pela fonte (semelhante ao catodo) enquanto que uma comporta (semelhante a uma grade) controla seu fluxo.

Um fato interessante a ser considerado é que não é preciso fazer vácuo no interior desta cavidade. A distância entre os eletrodos é tão pequena que a chance de um elétron colidir com um átomo do ar no seu interior é tão pequena, que não afeta sua mobilidade.

Duas tecnologias que poderão estar convivendo novamente em equipamentos do futuro.

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