A última barreira para o Ultra

Representação artística do indutor intercalado de grafeno multicamadas (espiral central azul) que ... [+] depende da indutância cinética. As imagens de fundo mostram seus antecessores que dependem da indutância magnética, um conceito muito inferior e menos eficiente para a microeletrônica.

Na corrida pela melhoria constante da tecnologia, existem duas capacidades técnicas relacionadas que impulsionam o nosso mundo: velocidade e tamanho. Eles estão relacionados, pois quanto menor for um dispositivo, menor será a distância que o sinal elétrico que aciona seu dispositivo terá que percorrer. À medida que fomos capazes de cortar silício mais fino, imprimir elementos de circuito menores e desenvolver transistores cada vez mais miniaturizados, os ganhos em velocidade e potência de computação e as reduções no tamanho do dispositivo andaram de mãos dadas. Mas, ao mesmo tempo em que esses avanços ocorreram aos trancos e barrancos, um elemento fundamental do circuito – o indutor – teve seu design permanecendo exatamente o mesmo. Encontrado em tudo, desde televisores a laptops, smartphones, carregadores sem fio, rádios e transformadores, é um dos componentes eletrônicos mais indispensáveis ​​que existem.

Desde a sua invenção em 1831 por Michael Faraday, o seu design permaneceu basicamente inalterado. Isto é, até o mês passado, quando uma equipe da UC Santa Bárbara liderada por Kaustav Banerjee demonstrou um tipo fundamentalmente novo de indutor. Sem as limitações do design original do indutor, deverá permitir um novo avanço na miniaturização e na velocidade, abrindo potencialmente o caminho para um mundo mais conectado.

Uma das primeiras aplicações da lei da indução de Faraday foi observar que uma bobina de fio,... [+] que criaria um campo magnético em seu interior, poderia magnetizar um material, causando uma mudança em seu campo magnético interno. Este campo variável induziria então uma corrente na bobina do outro lado do ímã, fazendo com que a agulha (à direita) se desviasse. Os indutores modernos ainda dependem deste mesmo princípio.

A forma clássica como os indutores funcionam é um dos designs mais simples possíveis: uma simples bobina de fio. Quando você passa uma corrente através de um laço ou bobina de fio, ela cria um campo magnético no centro. Mas, de acordo com a lei da indução de Faraday, esse campo magnético variável induz uma corrente no próximo loop, uma corrente que se opõe àquela que você está tentando criar. Se você criar uma densidade de bobina maior ou (melhor ainda) colocar um núcleo de material magnetizável dentro do indutor, poderá aumentar bastante a indutância do seu dispositivo. Isto resulta em indutores que são muito eficazes, mas também que devem ser fisicamente bastante grandes. Apesar de todos os avanços que fizemos, a limitação fundamental deste estilo de design significa que houve um limite para o tamanho que um indutor pode atingir.

Mesmo com todas as revoluções que os séculos 19, 20 e 21 trouxeram na eletrônica,... [+] o indutor magnético convencional, em conceito, permanece praticamente inalterado em relação aos designs originais de Faraday. Crédito da imagem: Shutterstock.

As aplicações, no entanto, são tremendas. Junto com capacitores e resistores, os indutores são um dos três elementos passivos que constituem a base de toda a eletrônica. Crie uma corrente elétrica de magnitude e frequência corretas e você construirá um motor de indução. Passe o núcleo magnético para dentro e para fora da bobina e você gerará eletricidade a partir de um movimento mecânico. Envie correntes CA e CC pelo seu circuito, e o indutor bloqueará a CA enquanto permite a passagem da CC. Eles podem separar sinais de frequências diferentes, e ao usar um capacitor junto com um indutor, você pode fazer um circuito sintonizado, de suma importância em receptores de televisão e rádio.

A fotografia mostra os grãos grandes de um material prático de armazenamento de energia,... [+] titanato de cálcio-cobre (CCTO), que é um dos 'supercapacitores' mais eficientes e práticos do mundo. A densidade da cerâmica CCTO é 94% da densidade teórica máxima. Capacitores e resistores foram completamente miniaturizados, mas os indutores ficaram para trás.