p (Phys.org) - À medida que a microeletrônica fica cada vez menor, um dos maiores desafios para embalar um smartphone ou tablet com capacidade máxima de processamento e memória é a quantidade de calor gerada pelos minúsculos "interruptores" no coração do dispositivo. p Um filme complexo de óxido de metal - projetado pela IBM e pela Universidade do Texas, Pesquisadores de Austin (UTA), e testado na IBM, a Fonte de Luz Síncrotron Nacional (NSLS) no Laboratório Nacional de Brookhaven, e Oak Ridge National Laboratory (ORNL) - poderia ajudar a reduzir a tensão necessária para alternar os sinais eletrônicos, e, portanto, a energia excessiva de que necessitam. Sua pesquisa foi publicada na edição de outubro da Nature Nanotechnology .

p “Este projeto visa desenvolver filmes que nos permitirão diminuir a voltagem necessária para fazer a chave girar em um nanotransistor, "disse Jean Jordan-Sweet, pesquisador da IBM no NSLS. "A ênfase está em tentar incorporar ferroelétricos aos dispositivos baseados em silício padrão da indústria para aumentar o desempenho enquanto reduz a necessidade de mais voltagem."

p Uma equipe de pesquisadores, liderado pela pesquisadora da IBM, Catherine Dubourdieu, do Centro Nacional Francês de Pesquisa Científica, foi capaz de mudar a polarização ferroelétrica desses filmes sem o uso de um eletrodo de fundo condutor, o que pode permitir dispositivos menores que maximizam a produção sem excesso de calor.

p Para fazer isso, os pesquisadores da UTA cultivaram um filme de titanato de bário em uma base de silício usando epitaxia de feixe molecular, um método que deposita uma camada cristalina em registro com um substrato de cristal único. Graças à microscopia de força de resposta piezoresposta realizada no ORNL, a equipe determinou que o material resultante era ferroelétrico, o que significa que tem uma polarização elétrica que pode ser revertida quando um campo elétrico externo é aplicado. Isso é útil não apenas para dispositivos lógicos de baixa potência, mas também para memórias não voláteis.

p "Esses filmes ferroelétricos podem mudar, e uma vez que são trocados, eles são estáveis ​​em temperatura ambiente; além disso, você pode fazer essas coisas em uma nanoescala realmente pequena e há muitas maneiras de incorporá-las a dispositivos microeletrônicos, "Jordan-Sweet disse.

p Crescer o filme sobre silício exige sutileza. As estruturas cristalinas de titanato de bário e silício não se alinham exatamente, por isso é um pouco como tentar fazer com que as bolas de tênis caibam em uma caixa de ovos. Eles são muito grandes para as depressões, portanto, uma camada tampão deve ser adicionada para garantir que um bom registro seja feito entre as duas substâncias. Nesse caso, O titanato de estrôncio foi usado porque seu tamanho de unidade de cristal está entre o do silício e o titanato de bário, o que permite um realinhamento gradual da estrutura do cristal no filme.

p Depois que os filmes cresceram com sucesso, Dubourdieu e Jordan-Sweet usaram a linha de luz X20A no NSLS para realizar testes de difração de raios-X para caracterizar a tetragonalidade - ou a "falta de quadratura" da estrutura cristalina - dentro do filme. Eles descobriram que a camada tampão induziu a estrutura correta no titanato de bário para que as unidades de cristal tetragonal, e, portanto, a polarização elétrica, apontado na direção correta para fazer bons transistores.

p Usando microscopia de força piezoresponse no Oak Ridge National Laboratory, a equipe descobriu que eles poderiam produzir comutação ferroelétrica em filmes de 8 a 40 nanômetros de espessura, embora uma espessura de apenas 10 nanômetros fosse melhor para garantir que a polaridade em todo o filme fosse distribuída uniformemente.