O que diferencia a Universidade de Waterloo é o nosso compromisso com a colaboração entre disciplinas que reúnem conhecimentos de todos os cantos do campus para impulsionar a inovação.
A tecnologia de ponta de Microscopia Eletrônica de Transmissão (TEM) de Waterloo está no centro de pesquisas inovadoras em vários campos, desde a computação neuromórfica até a tecnologia avançada de baterias. Como parte do Quantum-Nano Fabrication and Characterization Facility (QNFCF), o TEM é uma ferramenta poderosa à disposição da comunidade de pesquisa, permitindo a exploração de materiais em nível atômico. Esta capacidade de imagem permite aos pesquisadores visualizar detalhes em materiais, revelando insights essenciais para seus desafios científicos.
Computação neuromórfica
Rabiul Islam, candidato a doutorado no Departamento de Engenharia Elétrica e de Computação, e sua equipe estão avançando na pesquisa da computação neuromórfica aproveitando os recursos do TEM. O Islam está a desenvolver um dispositivo inspirado na arquitectura única do cérebro humano, que integra funções de memória e processamento. Esta abordagem inovadora procura abordar as limitações dos modelos de computação tradicionais que separam memória e processamento. Essa separação pode causar atrasos e aumentar o uso de energia.
O dispositivo do Islam consiste em óxido de titânio e oxinitreto de fósforo e lítio. Ele foi projetado para imitar o comportamento das sinapses, que são as conexões entre os neurônios no cérebro. O dispositivo pode alternar entre dois estados de memória: “volátil”, onde a informação é retida temporariamente, e “não volátil”, onde a informação é armazenada a longo prazo – espelhando as funções de memória de curto e longo prazo do cérebro.
“A demonstração da memória de curto e longo prazo em um único dispositivo foi o principal gargalo na realização de uma plataforma de computação neuromórfica de baixo custo”, diz Islam. “Finalmente, tornamos isso possível.”
A imagem TEM desempenha um papel vital nesta pesquisa, permitindo que Islam e sua equipe visualizem a cristalinidade dos materiais do dispositivo proposto conforme depositado e após milhares de ciclos de condições de comutação. Além disso, o mapeamento por espectroscopia de perda de energia de elétrons ajuda a descobrir qualquer contaminação no dispositivo. Esses insights permitem ajustar a capacidade do dispositivo de processar e armazenar informações com eficiência. Ao examinar as mudanças na disposição dos materiais e na composição elementar do dispositivo, o Islam pode ajustar-se para melhorar o desempenho.
Outras aplicações da tecnologia TEM
Esta instalação de alta tecnologia apoia diversas pesquisas em tecnologia de semicondutores, materiais quânticos e ciência de materiais, permitindo avanços que podem transformar as indústrias.
Na tecnologia de baterias, os pesquisadores podem usar o TEM para observar mudanças em nível atômico nos materiais durante os ciclos de carga, ajudando a criar baterias com maior capacidade, carregamento mais rápido e vida útil mais longa. Em materiais quânticos, o TEM ajuda na descoberta de materiais que poderiam promover a computação quântica e a tecnologia de eficiência energética.
Waterloo celebrou recentemente um ano de capacidades aprimoradas de TEM com uma visitação pública organizada pela QNFCF em colaboração com a Transformative Quantum Technologies.
Os participantes visitaram as instalações, exploraram as capacidades do TEM e aprenderam como acessá-lo para suas pesquisas através de sessões que abrangeram preparação de amostras, análise de dados e demonstrações ao vivo, oferecendo uma visão geral de alto nível desta poderosa ferramenta de pesquisa. O evento promoveu a colaboração e o compartilhamento de conhecimento entre estudantes, professores e pesquisadores – enfatizando a abordagem focada na comunidade de Waterloo para apoiar a inovação e a descoberta.
A introdução da tecnologia TEM em Waterloo traz novas oportunidades interessantes para pesquisa e descoberta que podem acontecer aqui mesmo no campus.
“Nós prosperamos quando reduzimos as barreiras de acesso a ferramentas poderosas como o TEM, mas você não pode simplesmente 'virar a chave' e obter resultados inovadores deste sistema. O TEM requer muito treinamento e suporte para aproveitar ao máximo disso”, diz o Dr. Nathan Nelson-Fitzpatrick, diretor do Quantum-Nano Fabrication and Characterization Facility. “Estou orgulhoso de Nicki Shaw, da equipe QNFCF que apoia o TEM e da comunidade de usuários dedicados que voltaram repetidamente no ano passado para ampliar os limites da descoberta desta ferramenta.”
Com instalações como a QNFCF, Waterloo está bem posicionada para liderar pesquisas transformadoras que impactarão indústrias tão diversas como computação, armazenamento de energia e saúde.
A instalação TEM foi possível graças ao financiamento da Fundação Canadense para Inovação e Tecnologias Quânticas Transformativas. Ao fornecer acesso a ferramentas avançadas e promover a colaboração entre especialistas, Waterloo capacita a próxima geração de cientistas e engenheiros a alcançar avanços que podem moldar o nosso futuro global coletivo.
Jordan Flemming
