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3 Síntese de Circuitos Moleculares

A síntese de circuitos moleculares envolve a utilização de dispositivos moleculares e de técnicas para a implementação de circuitos. O conceito de processamento de informação através das estruturas moleculares é muito complexo, pois o principal problema é sintetizar sistemas moleculares seguros e eficientes. Neste trabalho, as estruturas moleculares estudadase utilizadas (em simulação) para sintetizar circuitos são o Diodo Molecular de Tour-Reed e o Transistor Molecular, enquanto que a técnica utilizada para a síntese automática é o Hardware Evolucionário. As seções seguintes desse capítulo mostram os dispositivos moleculares utilizados, a técnica de implementação de circuitos e os resultados obtidos.

3.1. Dispositivos Moleculares
Laboratórios depesquisa espalhados pelo mundo vêm buscando alternativas para vencer a barreira de miniaturização dos componentes eletrônicos. Algumas dessas alternativas incluem a construção de dispositivos em escala molecular que possibilitem a diminuição do tamanho dos equipamentos bem como do tempo de resposta e do custo de fabricação, em relação aos dispositivos CMOS convencionais atualmente utilizados. Asmoléculas que são usadas para construir estes dispositivos moleculares são capazes de conduzir e transferir energia entre si. Se o processo puder ser manipulado e controlado, será possível fazer com que essas moléculas ou estruturas moleculares executem tarefas para processamento de informação. Contudo, a fabricação desses dispositivos envolve processos complicados que podem alterar ou dificultaro seu funcionamento, visto que os processos de fabricação [15] ainda não garantem que dois dispositivos teoricamente idênticos tenham comportamento semelhante. A seguir, apresentam-se breves descrições de dois dispositivos utilizados neste trabalho.

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3.1.1. Diodo Molecular de Tour-Reed
O Diodo Molecular de Tour-Reed [16] apresenta uma característica I-V (figura 5) similar àquela do diodotúnel retificador (RTD). Uma característica da resposta I-V de um diodo túnel é a região de resistência diferencial negativa na qual a corrente é uma função decrescente com o aumento da tensão. Como pode ser visto na figura 5, o intervalo de tensão em que se encontra a região de resistência diferencial negativa está aproximadamente entre 2,03V e 2,07V.

Figura 5 – Curva característica do DiodoMolecular de Tour-Reed [2].

Levando em consideração os aspectos que envolvem a fabricação e utilização desses dispositivos moleculares, a simulação é uma excelente alternativa para desenvolver pesquisas relacionadas com esses dispositivos, pois resultados experimentais dispenderiam mais tempo e mais dinheiro. Para simular a curva do Diodo Molecular de Tour-Reed em um simulador Spice [18], foiempregada uma fonte de corrente controlada por tensão (figura 6). Como os nós de controle (NC+ e NC-) da fonte de corrente controlada por tensão são os mesmos nós dos terminais, no caso do diodo molecular, então o modelo do diodo molecular (figura 7) possui somente dois terminais, cuja resposta foi definida por uma curva (figura 8) semelhante à curva da figura 5. A função F da figura 7 representa acurva da figura 8.

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Figura 6 – Modelo da fonte de corrente controlada por tensão.

Figura 7 – Modelo simulado do diodo molecular em SPICE.

1.2

x 10

-9

1

0.8

Iout

0.6

0.4

0.2

0

0

0.5

1 V1

1.5

2

2.5

Figura 8 – Simulação da curva do Diodo Molecular de Tour-Reed.

Na expressão a seguir é definido o modelo do diodo molecular para o NETLIST do Spice: G N1 N2 TABLE {V(N1) – V(N2)} = valores da curva do diodo.

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A letra G representa a fonte de corrente controlada por tensão, N1 e N2 são os nós do circuito conectados à fonte de corrente controlada por tensão e os valores da curva do diodo é uma tabela com todos os pontos da curva do diodo molecular (figura 8).

3.1.2. Transistor Molecular
Pesquisadores do Canadá e da...
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