Uma equipe internacional de cientistas descobriu uma nova rota para transistores de ultra-baixa potência usando um material composto à base de grafeno.

À medida que os transistores são espremidos em áreas cada vez menores dentro dos chips de computador, a indústria de semicondutores luta para conter o superaquecimento dos dispositivos.

Agora, pesquisadores da Universidade de York e da Universidade Roma Tre acreditam que a solução está em materiais compostos construídos a partir de monocamadas de grafeno e dichalcogeneto de metal de transição (TMDC). Eles descobriram que esses materiais poderiam ser usados ​​para obter um controle elétrico preciso sobre o spin do elétron - sua minúscula agulha de bússola.

A nova pesquisa, publicado hoje no jornal Cartas de revisão física , poderia abrir o caminho para os tão necessários eletrônicos de baixo consumo de energia.

Pesquisador principal, Dr. Aires Ferreira, do Departamento de Física da Universidade de York, disse:"Por muitos anos, temos procurado bons condutores que permitam um controle elétrico eficiente sobre o spin do elétron.

"Descobrimos que isso pode ser alcançado com pouco esforço quando o grafeno bidimensional é emparelhado com certos materiais em camadas semicondutoras. Nossos cálculos mostram que a aplicação de pequenas tensões através da camada de grafeno induz uma polarização líquida de spins de condução.

“Acreditamos que nossas previsões atrairão um interesse substancial da comunidade da spintrônica. A natureza atomicamente fina da estrutura baseada em grafeno é uma grande vantagem para as aplicações. Também, a presença de um componente semicondutor abre a possibilidade de integração com redes de comunicação óptica. "

O spin do elétron é como um minúsculo, ímã pontudo que pode apontar apenas em duas direções, Para cima ou para baixo. Em materiais onde uma grande fração dos spins dos elétrons está alinhada, uma resposta magnética é produzida, que pode ser usado para codificar informações.

'Correntes de giro' - construídas a partir de giros 'para cima' e 'para baixo' fluindo em direções opostas - não carregam carga líquida, e, portanto, em teoria, não produzem aquecimento. O controle das informações de spin, portanto, abriria o caminho para chips de computador com ultraeficiência energética. A equipe de pesquisadores mostrou que quando uma pequena corrente passa pela camada de grafeno, o spin dos elétrons se polarizam no plano devido às forças 'spin-orbitais' causadas pela proximidade com a base do TMDC. Eles também mostraram que a eficiência da conversão de carga em rotação pode ser bastante alta, mesmo à temperatura ambiente.

Manuel Offidani, um estudante de PhD do Departamento de Física de York, realizou a maioria dos cálculos complexos neste estudo. Ele disse:"A polarização induzida pela corrente do spin do elétron é um fenômeno relativístico elegante que surge na interface entre diferentes materiais.

"Escolhemos o grafeno principalmente por causa de suas excelentes propriedades estruturais e eletrônicas. A fim de aumentar os efeitos relativísticos experimentados pelos portadores de carga no grafeno, investigamos a possibilidade de combiná-lo com semicondutores em camadas recentemente descobertos. "

Professor Roberto Raimondi, que lidera o grupo de spintrônica na Universidade Roma Tre, disse:"A possibilidade de orientar o spin do elétron com correntes elétricas está atraindo muita atenção na comunidade spintrônica e surge geralmente como consequência de condições específicas de simetria.

"Como tal, este fenômeno representa um exemplo perfeito onde a pesquisa fundamental e aplicada caminham juntas. A este respeito, nossos cálculos demonstram que o grafeno combinado com os dichalcogenetos de metais de transição é uma plataforma ideal onde princípios teóricos abstratos podem encontrar aplicação imediata ao mostrar o caminho para o desenvolvimento experimental e tecnológico. "

A polarização de spin induzida por corrente em mídia não magnética foi demonstrada pela primeira vez em 2001 em semicondutores e, mais recentemente, em heterointerfaces metálicas. Agora, os pesquisadores prevêem que um efeito semelhante ocorre no grafeno na monocamada de TMDC.

Surpreendentemente, eles descobriram que o caráter único dos estados eletrônicos no grafeno permite uma eficiência de conversão de carga em rotação de até 94 por cento. Isso abre a possibilidade de um material composto à base de grafeno se tornar a base para dispositivos de lógica de spin ultracompactos e mais ecológicos.

Dr. Mirco Milletarì, um ex-membro do grupo de spintrônica da Universidade Roma Tre, disse:"Este trabalho segue os insights obtidos a partir da compreensão das leis fundamentais que nos permitiram imaginar sistemas onde a eficiência da conversão de carga em rotação pode ser ideal para aplicações tecnológicas. Em particular, os tão necessários eletrônicos de baixo consumo de energia que irão melhorar a durabilidade e o desempenho de dispositivos futuros. "