A eletrônica moderna fornece tudo, desde smartphones até satélites, mas todos eles têm sérias limitações. Aquecer. Quando a temperatura sobe acima de 200 graus Celsius, a maioria dos dispositivos começa a quebrar. Durante décadas, esta barreira térmica tem sido um dos problemas mais difíceis da engenharia.
Pesquisadores da Universidade do Sul da Califórnia acreditam agora ter encontrado uma maneira de superar esse limite.
Em um estudo publicado em 26 de março de 2026, Ciênciauma equipe liderada por Joshua Young, professor Arthur B. Freeman de Engenharia Elétrica e de Computação na Escola de Engenharia de Viterbi e na Escola de Computação Avançada da USC, apresentou um novo tipo de dispositivo de memória que continua a operar em temperaturas de 700 graus Celsius (~1300 graus Fahrenheit). Esta temperatura excede a da lava derretida e excede em muito qualquer temperatura alcançada anteriormente para esta classe de tecnologia. O dispositivo não apresentava sinais de falha. Na verdade, 700 graus era apenas o máximo que seu equipamento poderia testar.
“Você poderia chamar isso de revolução”, disse Yang. “Esta é a melhor memória de alta temperatura já demonstrada.”
Um memristor construído para calor extremo
O novo dispositivo é conhecido como memristor, um componente de tamanho nanométrico 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, primeiro autor do estudo, construiu o dispositivo usando tungstênio para o eletrodo superior, cerâmica de óxido de háfnio no meio e grafeno para a camada inferior. O tungstênio tem o ponto de fusão mais alto de todos os elementos, enquanto o grafeno, uma folha de carbono com um átomo de espessura, é conhecido por sua excepcional resistência e resistência ao calor.
Esta combinação proporcionou excelente desempenho. O dispositivo armazenou dados por mais de 50 horas a uma temperatura de 700 graus sem precisar ser atualizado. Ele também sobreviveu a mais de um bilhão de ciclos de comutação nessa temperatura e operou a apenas 1,5 volts em velocidades medidas em dezenas de nanossegundos.
Um avanço inesperado
A descoberta não fazia parte do plano original da equipe. Inicialmente, tentaram criar outro dispositivo baseado em grafeno, que não funcionou como planejado. No caminho, eles encontraram algo estranho.
“Honestamente, foi por acidente, como a maioria das descobertas”, disse Yang. “Se você puder antecipar 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 convencional, o calor faz com que os átomos de metal no eletrodo superior migrem lentamente através da camada cerâmica. Eles eventualmente alcançam o eletrodo inferior, criando uma conexão permanente que causa curto-circuito no dispositivo e o deixa preso no estado ligado.
O grafeno evita essa falha. Sua interação com o tungstênio, conforme descrita por Ian, é semelhante à do óleo e da água. Os átomos de tungstênio que se aproximam da superfície do grafeno não podem se fixar nele. Sem um ponto de ancoragem estável, eles se separam em vez de formar uma ponte condutora. Isso evita curto-circuito e mantém o dispositivo funcionando mesmo em calor extremo.
Os pesquisadores confirmaram esse mecanismo usando microscopia eletrônica avançada, espectroscopia e simulações em nível quântico. Ao compreender o que acontece na fronteira atômica, eles transformaram o resultado inesperado em um princípio que pode nortear projetos futuros. Outros materiais com propriedades de superfície semelhantes podem ser identificados, o que poderia ajudar a dimensionar a tecnologia para a produção industrial.
Aplicação em condições extremas
Os eletrônicos capazes de operar em temperaturas acima de 500 graus Celsius são há muito tempo um objetivo da exploração espacial. Por exemplo, a temperatura da superfície de Vênus está mais ou menos nesse nível, e todos os módulos de pouso enviados para lá falharam parcialmente devido ao calor intenso. Os atuais chips baseados em silício não podem sobreviver em tais condições.
“Estamos acima de 700 graus agora e suspeitamos que vá subir”, disse Yang.
As aplicações potenciais vão muito além das missões espaciais. Os sistemas de energia geotérmica requerem componentes eletrônicos que possam funcionar nas profundezas do subsolo, onde as rochas circundantes podem brilhar em vermelho. Os sistemas nucleares e de fusão também expõem os equipamentos a calor extremo. Mesmo em condições cotidianas, a durabilidade aumenta significativamente. Um dispositivo classificado para 700 graus será extremamente durável em torno de 125 graus, o que geralmente é alcançado em eletrônicos automotivos.
Por que isso é importante para a inteligência artificial
Além do armazenamento de 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 abordam o problema de maneira diferente. Usando a Lei de Ohm, onde a tensão vezes a condutância é igual à corrente, o dispositivo realiza cálculos diretamente à medida que a eletricidade passa por ele. O resultado é obtido instantaneamente na forma de uma corrente medida.
“Mais de 92% dos cálculos em sistemas de IA como o ChatGPT nada mais são do que multiplicação de matrizes”, disse Yang. “Este tipo de dispositivo pode fazer isso da maneira mais eficiente, muito mais rápida e com menos energia”.
Yang e três coautores do estudo (Qianfei Xia, Miao Hu e Ning Ge) já fundaram uma empresa chamada TetraMem para comercializar chips de inteligência artificial baseados em memristor em temperatura ambiente. Seu laboratório já usa chips funcionais da TetraMem para tarefas de aprendizado de máquina. A versão de alta temperatura descrita neste estudo poderia estender essas capacidades a ambientes onde a eletrônica tradicional não funciona, permitindo que dispositivos como naves espaciais ou sensores industriais processem dados diretamente in situ.
Do protótipo de laboratório às tecnologias reais
Apesar dos resultados promissores, Yang enfatiza que a aplicação prática ainda está muito distante. A memória é apenas uma parte de um sistema de computação completo. Também será necessário projetar e integrar circuitos lógicos de alta temperatura. Além disso, os dispositivos atuais foram construídos à mão, em escala muito pequena, em laboratório, portanto a produção em escala levará tempo.
“Este é o primeiro passo”, disse Yang. “Ainda está muito longe. Mas logicamente você vê: agora isso torna isso possível. O componente que faltava foi feito.”
Do ponto de vista da fabricação, os dois materiais utilizados no dispositivo, tungstênio e óxido de háfnio, já são amplamente utilizados na fabricação de semicondutores. O grafeno é mais recente, mas está em desenvolvimento ativo por grandes empresas como TSMC e Samsung, e já foi produzido em escala de wafer em ambientes de pesquisa.
Um passo em direção a uma nova fronteira
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 Ganguly no Laboratório de Materiais da AFRL em Dayton, Ohio, e a análise teórica envolveu pesquisadores da USC e funcionários da Universidade Kumamoto, no Japão.
Para yang, publicação em Ciência representa mais de uma conquista.
“A exploração espacial nunca foi tão real, tão próxima e em tão grande escala”, disse ele. “Este artigo representa um salto crítico para uma fronteira muito maior e mais emocionante.”
