Os chips de computador usam bilhões de pequenos interruptores, chamados transistores, para processar informações. Quanto mais transistores em um chip, quanto mais rápido o computador.

Um material com a forma de uma hélice de DNA unidimensional pode empurrar ainda mais os limites do tamanho de um transistor. O material vem de um elemento de terra rara chamado telúrio.

Os pesquisadores descobriram que o material, encapsulado em um nanotubo feito de nitreto de boro, ajuda a construir um transistor de efeito de campo com um diâmetro de dois nanômetros. Os transistores no mercado são feitos de silício mais volumoso e variam entre 10 e 20 nanômetros em escala.

A pesquisa está publicada na revista. Nature Electronics . Engenheiros da Purdue University realizaram o trabalho em colaboração com a Michigan Technological University, Universidade Washington em St. Louis, e a Universidade do Texas em Dallas.

Ao longo dos últimos anos, transistores foram construídos com apenas alguns nanômetros em ambientes de laboratório. O objetivo é construir transistores do tamanho de átomos.

O laboratório de Peide Ye em Purdue é um dos muitos grupos de pesquisa que buscam explorar materiais muito mais finos do que o silício para obter transistores menores e de alto desempenho.

"Este material de telúrio é realmente único. Ele constrói um transistor funcional com potencial para ser o menor do mundo, "disse Sim, Richard J. e Mary Jo Schwartz, Professor de Engenharia Elétrica e de Computação da Purdue.

Em 2018, a mesma equipe de pesquisa em Purdue descobriu telureno, um material bidimensional derivado de telúrio. Eles descobriram que os transistores feitos com este material podem transportar significativamente mais corrente elétrica, tornando-os mais eficientes.

A descoberta os deixou curiosos sobre o que mais o telúrio poderia fazer pelos transistores. A capacidade do elemento de assumir a forma de um material ultrafino em uma dimensão pode ajudar a reduzir ainda mais os transistores.

Uma maneira de reduzir os transistores de efeito de campo, o tipo encontrado na maioria dos dispositivos eletrônicos, é construir as portas que circundam os nanofios mais finos. Esses nanofios são protegidos por nanotubos.

Jing-Kai Qin e Pai-Ying Liao, Alunos de doutorado em engenharia elétrica e da computação da Purdue, liderou o trabalho de descobrir como fazer telúrio tão pequeno quanto uma única cadeia atômica e, em seguida, construir transistores com essas cadeias atômicas ou nanofios ultrafinos.

Eles começaram a desenvolver cadeias unidimensionais de átomos de telúrio. O laboratório de Wenzhuo Wu em Purdue sintetizou nanofios de telúrio simples para comparação. Uma equipe liderada por Li Yang na Universidade de Washington simulou como o telúrio pode se comportar.

Os pesquisadores ficaram surpresos ao descobrir que os átomos nessas cadeias unidimensionais se mexem. Esses movimentos foram feitos visíveis através de imagens TEM realizadas por Moon Kim na Universidade do Texas em Dallas e Hai-Yan Wang em Purdue.

"Os átomos de silício parecem retos, mas esses átomos de telúrio são como uma cobra. Este é um tipo de estrutura muito original, "Ye disse.

Os wiggles eram os átomos fortemente ligados uns aos outros em pares para formar cadeias helicoidais semelhantes ao DNA, em seguida, empilhando através de forças fracas chamadas de interações de van der Waals para formar um cristal de telúrio.

Essas interações de van der Waals separariam o telúrio como um material mais eficaz para cadeias atômicas únicas ou nanofios unidimensionais em comparação com outros porque é mais fácil de encaixar em um nanotubo, Ye disse.

Uma vez que a abertura de um nanotubo não pode ser menor do que o tamanho de um átomo, hélices de telúrio de átomos poderiam alcançar nanofios menores e, Portanto, transistores menores.

Os pesquisadores construíram um transistor com um nanofio de telúrio encapsulado em um nanotubo de nitreto de boro, fornecido pelo laboratório do professor de física Yoke Khin Yap na Universidade Tecnológica de Michigan. Um nanotubo de nitreto de boro de alta qualidade isola efetivamente o telúrio, tornando possível construir um transistor.

O laboratório de Xianfan Xu em Purdue caracterizou as propriedades do material com espectroscopia Raman para avaliar seu desempenho.

"Esta pesquisa revela mais sobre um material promissor que poderia atingir uma computação mais rápida com consumo de energia muito baixo usando esses minúsculos transistores, "disse Joe Qiu, gerente de programa do Escritório de Pesquisa do Exército dos EUA, que financiou este trabalho. "Essa tecnologia teria aplicações importantes para o Exército."