A eletrônica moderna alimenta tudo, desde smartphones até satélites, mas todos eles têm uma limitação importante. quente. Quando a temperatura sobe acima de cerca de 200 graus Celsius, a maioria dos equipamentos começa a funcionar mal. Esta barreira térmica tem sido um dos desafios mais difíceis da engenharia há décadas.
Pesquisadores da Universidade do Sul da Califórnia acreditam agora ter encontrado uma maneira de superar essa limitação.
Um estudo publicado em 26 de março de 2026 ciênciaUma equipe liderada por Joshua Yang, professor catedrático Arthur B. Freeman do Departamento de Engenharia Elétrica e de Computação da Escola de Engenharia Viterbi da USC e da Escola de Computação Avançada da USC, revelou um novo dispositivo de memória que pode operar continuamente a 700 graus Celsius (~ 1.300 graus Fahrenheit). Esta temperatura excede a da lava e excede em muito qualquer outra alcançada anteriormente com este tipo de tecnologia. O dispositivo não apresentava sinais de mau funcionamento. Na verdade, 700 graus é apenas a temperatura mais alta que seu equipamento pode testar.
“Você poderia chamar isso de revolução”, disse Yang. “Esta é a melhor memória de alta temperatura já feita.”
Memristor projetado para calor extremo
O novo dispositivo, chamado memristor, é um componente em nanoescala que pode armazenar dados e realizar cálculos. É construído como uma estrutura microscópica em camadas com dois eletrodos de cada lado e uma fina camada de cerâmica entre eles.
Jian Zhao, o primeiro autor do estudo, usou tungstênio como eletrodo superior, cerâmica de óxido de háfnio no meio e grafeno como camada inferior para construir o dispositivo. O tungstênio tem o ponto de fusão mais alto de todos os elementos, enquanto o grafeno é uma folha de carbono com a espessura de um átomo, conhecida por sua excepcional resistência e resistência ao calor.
Esta combinação produz um desempenho excepcional. O dispositivo retém dados por mais de 50 horas em um ambiente de 700 graus sem atualização. A esta temperatura, ele pode suportar mais de 1 bilhão de ciclos de comutação, operando a apenas 1,5 volts e a velocidades de dezenas de nanossegundos.
avanço inesperado
A descoberta não fazia parte dos planos originais da equipe. Inicialmente, eles tentaram criar um dispositivo diferente baseado em grafeno, mas não funcionou como esperado. Ao longo do caminho, eles encontram algumas coisas surpreendentes.
“Para ser honesto, foi acidental, como a maioria das descobertas”, disse Yang. “Se você pode prever isso, geralmente não é surpreendente e provavelmente não é significativo o suficiente”.
Uma investigação mais aprofundada revelou por que o dispositivo funcionou tão bem. Na eletrônica tradicional, o calor faz com que os átomos de metal no eletrodo superior migrem lentamente através da camada cerâmica. Eventualmente, eles alcançam o eletrodo inferior, formando uma conexão permanente que causa curto-circuito no dispositivo e o deixa preso.
O grafeno pode evitar essa falha. Como Young descreve, sua interação com o tungstênio é semelhante à do óleo e da água. Átomos de tungstênio próximos à superfície do grafeno não podem se fixar nele. Sem um ponto estável de estabilidade, eles flutuam em vez de formar uma ponte condutora. Isto evita curto-circuitos e preserva a funcionalidade do dispositivo, mesmo em condições extremamente quentes.
Os pesquisadores confirmaram esse mecanismo usando microscopia eletrônica avançada, espectroscopia e simulações em escala quântica. Ao compreender o que acontece nas interfaces atômicas, eles transformam resultados inesperados em princípios que podem orientar projetos futuros. Outros materiais com propriedades de superfície semelhantes podem ser identificados, o que poderia ajudar a ampliar as técnicas de produção industrial.
Aplicações em ambientes extremos
Dispositivos eletrônicos capazes de operar em temperaturas acima de 500 graus Celsius são há muito tempo um objetivo da exploração espacial. Vênus, por exemplo, tem uma temperatura superficial próxima a esse nível, e todos os módulos de pouso lançados lá falharam devido ao calor extremo. Os atuais wafers baseados em silício não podem suportar tais condições.
“Já ultrapassamos os 700 graus e suspeitamos que vai subir ainda mais”, disse Young.
As aplicações potenciais vão muito além das missões espaciais. Os sistemas de energia geotérmica requerem componentes eletrônicos que operam nas profundezas do subsolo, onde a rocha circundante emite luz incandescente. Os sistemas nucleares e de fusão também expõem os equipamentos a altas temperaturas. A durabilidade é significativamente melhorada mesmo em ambientes cotidianos. Um dispositivo classificado para 700 graus será muito robusto em temperaturas de cerca de 125 graus, que são frequentemente atingidas em componentes eletrônicos automotivos.
Por que é importante para a inteligência artificial
Além de armazenar dados, o aparelho oferece uma grande vantagem para a inteligência artificial. Muitos sistemas de inteligência artificial dependem fortemente da multiplicação de matrizes, uma operação matemática usada em tarefas como reconhecimento de imagens e processamento de linguagem. Os computadores tradicionais realizam esses cálculos passo a passo, consumindo grandes quantidades de energia.
Os memristores resolvem esse problema de uma maneira diferente. Usando a lei de Ohm, que afirma que a tensão vezes a condutância é igual à corrente, o dispositivo pode realizar cálculos diretamente à medida que a corrente flui através dele. O resultado é obtido imediatamente como corrente medida.
“Em um sistema de inteligência artificial como o ChatGPT, mais de 92% dos cálculos nada mais são do que multiplicação de matrizes”, disse Yang. “Esse tipo de dispositivo pode fazer isso da maneira mais eficiente, muito mais rápida e com menor consumo de energia”.
Yang e três coautores do estudo (Xia Qiangfei, Hu Miao e Ning Ge) co-fundaram uma empresa chamada TetraMem para comercializar chips de inteligência artificial baseados em memristores em temperatura ambiente. Seu laboratório já está usando chips funcionais da TetraMem para realizar tarefas de aprendizado de máquina. A versão de alta temperatura descrita neste estudo poderia estender essas capacidades a ambientes onde a eletrônica tradicional não pode operar, permitindo que dispositivos como naves espaciais ou sensores industriais processem dados diretamente no campo.
Do protótipo de laboratório à tecnologia do mundo real
Apesar dos resultados encorajadores, Yang sublinhou que as aplicações práticas ainda estão um pouco distantes. A memória é apenas uma parte de um sistema de computação completo. Circuitos lógicos de alta temperatura também precisam ser desenvolvidos e integrados. Além disso, os dispositivos atuais são fabricados manualmente em uma escala muito pequena em laboratório, portanto a fabricação em grande escala leva tempo.
“Este é o primeiro passo”, disse Yang. “Ainda está muito longe. Mas logicamente você pode ver: agora é possível. Os componentes que faltavam foram feitos.”
Do ponto de vista da fabricação, os dois materiais utilizados neste componente, tungstênio e óxido de háfnio, já são amplamente utilizados na produção de semicondutores. O grafeno é mais recente, mas está sendo desenvolvido ativamente por grandes empresas como TSMC e Samsung e já está sendo produzido em escala de wafer em ambientes de pesquisa.
Um passo para um novo território
O trabalho foi conduzido através do CONCRETE Center, abreviação de Center for Neuromorphic Computing in Extreme Environments, um centro multiuniversitário de excelência liderado pela USC e apoiado pelo Escritório de Pesquisa Científica da Força Aérea e pelo Laboratório de Pesquisa da Força Aérea. O principal trabalho experimental foi realizado em colaboração com a equipe do Dr. Sabyasachi Ganguli no Laboratório de Materiais da AFRL em Dayton, Ohio, enquanto a análise teórica envolveu pesquisadores da Universidade do Sul da Califórnia e colaboradores da Universidade Kumamoto no Japão.
Para Yang, publicado em ciência Reflete mais do que apenas uma conquista.
“A exploração espacial nunca foi tão real, tão próxima e tão grande”, disse ele. “Este artigo representa um salto crítico para uma fronteira maior e mais emocionante.”
