p (Phys.org) —O mesmo material que formou os primeiros transistores primitivos há mais de 60 anos pode ser modificado de uma nova maneira para o avanço da eletrônica futura, de acordo com um novo estudo. p Químicos da Universidade Estadual de Ohio desenvolveram a tecnologia para fazer uma folha de germânio com um átomo de espessura, e descobriram que conduz elétrons mais de dez vezes mais rápido do que o silício e cinco vezes mais rápido do que o germânio convencional.

p A estrutura do material está intimamente relacionada à do grafeno - um material bidimensional muito elogiado, composto de camadas únicas de átomos de carbono. Como tal, o grafeno mostra propriedades únicas em comparação com sua contraparte multicamadas mais comum, grafite. O grafeno ainda não foi usado comercialmente, mas os especialistas sugeriram que um dia poderia formar chips de computador mais rápidos, e talvez até funcionar como um supercondutor, tantos laboratórios estão trabalhando para desenvolvê-lo.

p Joshua Goldberger, professor assistente de química no estado de Ohio, decidiu seguir uma direção diferente e focar em materiais mais tradicionais.

p "A maioria das pessoas pensa no grafeno como o material eletrônico do futuro, "Goldberger disse." Mas silício e germânio ainda são os materiais do presente. Sessenta anos de capacidade intelectual foram empregados no desenvolvimento de técnicas para fazer chips com eles. Então, temos procurado formas únicas de silício e germânio com propriedades vantajosas, para obter os benefícios de um novo material, mas com menor custo e utilizando a tecnologia existente. "

p Em um artigo publicado online na revista ACS Nano , ele e seus colegas descrevem como conseguiram criar um estábulo, camada única de átomos de germânio. Neste formulário, o material cristalino é denominado germanano.

p Pesquisadores já tentaram criar germanano antes. Esta é a primeira vez que alguém conseguiu cultivar quantidades suficientes para medir as propriedades do material em detalhes, e demonstrar que é estável quando exposto ao ar e à água.

p Na natureza, germânio tende a formar cristais multicamadas nos quais cada camada atômica é ligada entre si; a camada de um único átomo é normalmente instável. Para contornar este problema, A equipe de Goldberger criou cristais de germânio de várias camadas com átomos de cálcio encaixados entre as camadas. Em seguida, eles dissolveram o cálcio com água, e conectou as ligações químicas vazias que foram deixadas para trás com o hidrogênio. Resultado:eles foram capazes de descascar camadas individuais de germanano.

p Cravejado de átomos de hidrogênio, germanano é ainda mais estável quimicamente do que o silício tradicional. Não oxida no ar e na água, como o silício. Isso torna o germanano fácil de trabalhar usando técnicas convencionais de fabricação de chips.

p A principal coisa que torna o germanano desejável para optoeletrônica é que ele tem o que os cientistas chamam de "gap direto de banda, "o que significa que a luz é facilmente absorvida ou emitida. Materiais como silício e germânio convencionais têm lacunas de banda indiretas, o que significa que é muito mais difícil para o material absorver ou emitir luz.

p "Quando você tenta usar um material com um gap indireto em uma célula solar, você tem que torná-lo bem espesso se quiser que energia suficiente para passar por ele seja útil. Um material com uma lacuna de banda direta pode fazer o mesmo trabalho com um pedaço de material 100 vezes mais fino, "Goldberger disse.

p Os primeiros transistores foram feitos de germânio no final dos anos 1940, e eram do tamanho de uma miniatura. Embora os transistores tenham crescido microscópicos desde então - com milhões deles embalados em cada chip de computador - o germânio ainda tem potencial para o avanço da eletrônica, o estudo mostrou.

p De acordo com os cálculos dos pesquisadores, elétrons podem se mover através do germanano dez vezes mais rápido através do silício, e cinco vezes mais rápido do que o germânio convencional. A medição da velocidade é chamada de mobilidade do elétron.

p Com sua alta mobilidade, germanano poderia, assim, transportar a carga aumentada em futuros chips de computador de alta potência.

p "A mobilidade é importante, porque chips de computador mais rápidos só podem ser feitos com materiais de mobilidade mais rápida, "Golberger disse." Quando você reduz os transistores a pequenas escalas, você precisa usar materiais de maior mobilidade ou os transistores simplesmente não funcionarão, "Goldberger explicou.

p Próximo, a equipe vai explorar como ajustar as propriedades do germanano alterando a configuração dos átomos na camada única.