Um transístor de tunelamento quântico feito com camadas bidimensionais de bismuto e seleneto de índio superou o limite físico de Boltzmann ao operar com tensão de porta de 160 milivolts. O dispositivo, desenvolvido por uma equipe internacional liderada pela Universidade Politécnica de Hong Kong, consome uma fração da energia exigida pelos semicondutores convencionais em temperatura ambiente.
O avanço viabiliza alternativas concretas para a fabricação de componentes eletrônicos miniaturizados voltados ao processamento de dados e inteligência artificial. “Ao adotar o tunelamento quântico, nosso transístor rompe essa fronteira, abrindo caminho para circuitos integrados de consumo ultrabaixo e alto desempenho essenciais para os chips de inteligência artificial emergentes e aplicações avançadas de semicondutores”, afirmou Jianhua Hao, professor catedrático de Física e Dispositivos de Materiais e chefe do Departamento de Física e Materiais da Universidade Politécnica de Hong Kong, em tradução livre.
Arquitetura do transístor Bi/InSe e superação do limite de Boltzmann
A chamada tirania de Boltzmann representa uma barreira termodinâmica imposta pela distribuição térmica da energia dos elétrons na emissão termoiônica. Essa condição fixa uma inclinação mínima de chaveamento de 60 milivolts por década de corrente em temperatura ambiente para os transistores tradicionais do tipo semicondutor de óxido metálico complementar, conhecidos pela sigla MOSFET. Na prática, a barreira impede que os chips comerciais reduzam a tensão de alimentação sem provocar correntes de fuga excessivas e superaquecimento nos circuitos integrados.
Para contornar essa restrição estrutural, os cientistas recorreram ao fenômeno do tunelamento quântico de elétrons, no qual as partículas atravessam uma barreira de potencial em vez de saltarem termicamente sobre ela. O bismuto, que em estado natural se apresenta como semimetal, passou a atuar como semicondutor ao ser sintetizado em espessuras atômicas bidimensionais por meio da técnica de deposição de laser pulsado. Essa alteração viabilizou o alinhamento de bandas de energia com o semicondutor bidimensional de seleneto de índio, permitindo o fluxo eficiente de cargas sob tensões mínimas de alimentação.
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Desempenho elétrico do novo transístor
- Tensão de porta necessária: 160 milivolts em temperatura ambiente.
- Tensão de porta típica de MOSFETs avançados: 800 milivolts.
- Limite termoiônico de oscilação sublimiar superado: 60 milivolts por década de corrente.
- Corrente de condução no limite sub-Boltzmann: cerca de 10 microampères por micrômetro.
- Razão de comutação entre estados ligado e desligado: superior a 10 milhões (10^7).
- Faixa contínua de oscilação sublimiar reduzida: 6 ordens de magnitude na variação da corrente elétrica.
Histórico das limitações físicas na microeletrônica
O desenvolvimento de transistores de efeito de campo de tunelamento vinha sendo apontado há décadas como uma das rotas mais promissoras para a substituição da arquitetura MOSFET em relatórios setoriais internacionais. No entanto, os protótipos experimentais anteriores esbarravam invariavelmente em correntes de saída muito baixas, incapazes de acionar circuitos lógicos digitais em velocidades práticas de processamento.
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A pesquisa publicada em 27 de agosto de 2026 na revista acadêmica Science superou essa dificuldade ao reunir grupos de pesquisa de instituições de destaque na Ásia. Além dos laboratórios da Universidade Politécnica de Hong Kong sob condução do primeiro autor do artigo, Zehan Wu, o estudo contou com a atuação de Lain-Jong Li, professor da Universidade Nacional de Cingapura, e com cientistas da Universidade de Ciência e Tecnologia de Hong Kong, da Universidade de Pequim e da Universidade de Tecnologia e Design de Cingapura.
Etapas da descoberta do transístor Bi/InSe
- 2026 — Parceria entre pesquisadores de Hong Kong, Cingapura e Pequim conclui a montagem das camadas atômicas de bismuto e seleneto de índio em substratos de silício de escala centimétrica.
- 27 de agosto de 2026 — Estudo com a demonstração do transístor de tunelamento quântico operando em 160 milivolts é publicado na revista científica Science sob o código de identificação digital 10.1126/science.adx6059.
- 31 de agosto de 2026 — Universidade Politécnica de Hong Kong divulga o comunicado institucional oficial com os dados de desempenho do componente.
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Escala industrial do transístor de bismuto
A fabricação do novo componente ocorreu com sucesso sobre substratos de silício em escala centimétrica, mantendo estabilidade operacional em temperatura ambiente. O chaveamento rápido sob baixa tensão possibilita ganhos energéticos sem a necessidade de refrigeração especializada, reduzindo perdas por dissipação térmica em sistemas densos de computação.
Apesar dos resultados medidos em bancada de laboratório, os cientistas ainda não divulgaram cronograma público nem anunciaram parcerias com fundições industriais de semicondutores para o início da produção comercial em larga escala dos transistores de tunelamento quântico de bismuto.