Um chip resistente ao calor que suporte temperaturas de até 704°C (1300°F) pode revolucionar tanto a tecnologia para ambientes extremos quanto a inteligência artificial (IA).
De smartphones a satélites, os eletrônicos modernos enfrentam a mesma limitação: o calor. Quando a temperatura ultrapassa os 200 graus Celsius , o desempenho começa a se deteriorar e logo ocorre a falha. Engenheiros passaram décadas tentando superar esse limite, com pouco sucesso.
Agora, pesquisadores da Universidade do Sul da Califórnia acreditam ter dado um grande passo adiante.
Em um estudo publicado em 26 de março de 2026 na revista Science , uma equipe liderada por Joshua Yang, professor titular da Cátedra Arthur B. Freeman no Departamento de Engenharia Elétrica e de Computação Ming Hsieh da Escola de Engenharia Viterbi da USC e na Escola de Computação Avançada da USC, apresentou um novo dispositivo de memória que continua a operar a 700 graus Celsius (cerca de 1300 graus Fahrenheit ). Essa temperatura é superior à da lava derretida e está muito além dos limites das tecnologias existentes. O dispositivo não apresentou sinais de falha durante os testes. Na verdade, 700 graus era simplesmente a temperatura mais alta que o equipamento conseguia atingir.
“Podemos chamar isso de revolução”, disse Yang. “É a melhor memória de alta temperatura já demonstrada.”
Um design de memristor resistente ao calor
A nova tecnologia é um memristor, um componente em nanoescala que pode tanto armazenar informações quanto realizar cálculos. Estruturalmente, assemelha-se a uma minúscula pilha em camadas, com dois eletrodos circundando uma fina camada de cerâmica.
Jian Zhao, o primeiro autor do artigo, construiu o dispositivo usando tungstênio como eletrodo superior, óxido de háfnio como camada isolante intermediária e grafeno na parte inferior. O tungstênio é conhecido por ter o ponto de fusão mais alto de todos os metais, enquanto o grafeno, uma folha de carbono com a espessura de um átomo, é extremamente forte e resistente ao calor.
Essa combinação produziu resultados impressionantes. O dispositivo reteve os dados armazenados por mais de 50 horas a 700 graus sem precisar ser reinicializado. Ele também suportou mais de um bilhão de ciclos de comutação nessa temperatura e operou com apenas 1,5 volts, com velocidades medidas em dezenas de nanossegundos.
Uma descoberta que aconteceu por acaso
A descoberta não era o objetivo inicial da equipe. Eles estavam trabalhando em um projeto diferente baseado em grafeno que não apresentou o desempenho esperado. Durante esse processo, eles se depararam com algo inesperado.
“Para ser honesto, foi por acaso, como a maioria das descobertas”, disse Yang. “Se você consegue prever, geralmente não é surpreendente e provavelmente não é significativo o suficiente.”
Após uma investigação mais aprofundada, os pesquisadores descobriram o motivo da resiliência do dispositivo. Na eletrônica tradicional, as altas temperaturas fazem com que os átomos de metal do eletrodo superior migrem lentamente através da camada isolante. Eventualmente, eles atingem o eletrodo inferior e formam uma conexão permanente, causando um curto-circuito no dispositivo e mantendo-o ligado.
O grafeno impede que isso aconteça. Sua interação com o tungstênio é, como Yang descreveu, semelhante à interação entre óleo e água. Os átomos de tungstênio que se movem em direção à superfície do grafeno não conseguem se ligar a ela. Sem um ponto estável para se fixarem, eles se afastam em vez de formar um caminho condutor. Isso impede a formação de curto-circuito e mantém o dispositivo funcionando mesmo sob calor extremo.
Utilizando microscopia eletrônica, espectroscopia e simulações em nível quântico, a equipe confirmou exatamente como esse processo funciona em nível atômico. Essa compreensão mais profunda permite que os pesquisadores identifiquem outros materiais com propriedades semelhantes, o que poderia facilitar a fabricação da tecnologia em larga escala.
Aplicações em Ambientes Extremos
Componentes eletrônicos capazes de operar acima de 500 graus Celsius são um objetivo antigo da exploração espacial. Vênus , por exemplo, tem temperaturas superficiais nessa faixa, e missões anteriores falharam em parte porque os componentes eletrônicos convencionais não resistiram ao calor.
“Já estamos acima de 700 graus, e suspeitamos que a temperatura subirá ainda mais”, disse Yang.
As aplicações potenciais vão muito além do espaço. A perfuração geotérmica exige componentes eletrônicos capazes de funcionar em grandes profundidades, onde as temperaturas são extremamente altas. Os sistemas nucleares e de fusão também expõem os equipamentos a calor intenso. Mesmo em aplicações cotidianas, a durabilidade seria significativamente aprimorada. Um chip projetado para suportar 700 graus seria extremamente confiável nas temperaturas de aproximadamente 125 graus frequentemente atingidas dentro dos componentes eletrônicos de automóveis.
Uma Nova Abordagem para Computação de IA
Além de armazenar dados, o dispositivo pode desempenhar um papel importante na inteligência artificial . Muitos sistemas de IA dependem fortemente da multiplicação de matrizes, uma operação matemática fundamental usada em tarefas como reconhecimento de imagem e processamento de linguagem natural. Os computadores convencionais realizam esses cálculos passo a passo, consumindo grandes quantidades de energia.
Os memristores adotam uma abordagem diferente. Utilizando a Lei de Ohm, onde a tensão multiplicada pela condutância é igual à corrente, o dispositivo realiza cálculos diretamente à medida que a eletricidade flui através dele. O resultado é obtido instantaneamente através da medição da corrente.
“Mais de 92% do processamento em sistemas de IA como o ChatGPT consiste em multiplicação de matrizes”, disse Yang. “Esse tipo de dispositivo consegue realizar essa operação da maneira mais eficiente, ordens de magnitude mais rápido e com menor consumo de energia.”
Yang e três coautores do estudo (Qiangfei Xia, Miao Hu e Ning Ge) já cofundaram uma empresa chamada TetraMem, que trabalha para comercializar chips baseados em memristores para IA. Seu laboratório já utiliza chips funcionais da empresa para tarefas de aprendizado de máquina . A versão para altas temperaturas descrita neste estudo poderia estender essas capacidades a ambientes onde a eletrônica tradicional não opera, permitindo que dispositivos como espaçonaves ou sensores industriais processem dados diretamente no local de implantação.
Desafios antes do uso no mundo real
Apesar dos resultados promissores, a tecnologia ainda está em seus estágios iniciais. Yang enfatiza que a memória por si só não é suficiente para construir um sistema de computação completo. Circuitos lógicos de alta temperatura também precisarão ser desenvolvidos e integrados. Além disso, os dispositivos atuais foram criados manualmente em escala muito pequena em laboratório, portanto, o aumento da produção levará tempo.
“Este é o primeiro passo”, disse Yang. “Ainda há um longo caminho a percorrer. Mas, logicamente, você pode ver: agora isso se torna possível. O componente que faltava foi criado.”
Do ponto de vista da fabricação, dois dos materiais usados no dispositivo, o tungstênio e o óxido de háfnio, já são amplamente utilizados na produção de semicondutores. O grafeno é mais recente, mas grandes empresas como a TSMC e a Samsung estão desenvolvendo-o ativamente, e ele já foi produzido em escala de wafer em ambientes de pesquisa.
Um passo rumo à exploração futura
A pesquisa foi conduzida pelo Centro CONCRETE, sigla para Centro de Computação Neuromórfica em Ambientes Extremos, um Centro de Excelência multiuniversitário liderado pela USC e apoiado pelo Escritório de Pesquisa Científica da Força Aérea e pelo Laboratório de Pesquisa da Força Aérea. O trabalho experimental fundamental foi realizado em colaboração com a equipe do Dr. Sabyasachi Ganguli no Laboratório de Materiais da AFRL em Dayton, Ohio. A análise teórica envolveu pesquisadores da USC e colaboradores da Universidade de Kumamoto, no Japão.
Para Yang, a importância da obra vai além de um único dispositivo.
“A exploração espacial nunca foi tão real, tão próxima e em uma escala tão grande”, disse ele. “Este artigo representa um salto crucial para uma fronteira muito maior e mais empolgante.”
Fonte: scitechdaily
