Pesquisa que aparece hoje em Nature Communications encontra novo potencial útil de manipulação de informações em amostras de sulfeto de estanho (II) (SnS), um candidato a material de transistor "Valleytronics" que pode um dia permitir que os fabricantes de chips incorporem mais poder de computação aos microchips.

A pesquisa foi liderada por Jie Yao do Laboratório Nacional Lawrence Berkeley do Departamento de Energia (Berkeley Lab) e Shuren Lin do Departamento de Ciência e Engenharia de Materiais da UC Berkeley e incluiu cientistas de Cingapura e China. Molecular Foundry do Berkeley Lab, uma instalação de usuário do DOE Office of Science, contribuiu para o trabalho.

Por várias décadas, melhorias em materiais de transistores convencionais têm sido suficientes para sustentar a Lei de Moore - o padrão histórico dos fabricantes de microchips embalando mais transistores (e, portanto, mais capacidade de armazenamento e manipulação de informações) em um determinado volume de silício. Hoje, Contudo, os fabricantes de chips estão preocupados com a possibilidade de em breve atingirem os limites fundamentais dos materiais convencionais. Se eles não podem continuar a embalar mais transistores em espaços menores, eles temem que a Lei de Moore falhe, evitando que futuros circuitos se tornem menores e mais poderosos do que seus predecessores.

É por isso que pesquisadores em todo o mundo estão em busca de novos materiais que possam ser computados em espaços menores, principalmente aproveitando os graus de liberdade adicionais que os materiais oferecem - em outras palavras, usando as propriedades exclusivas de um material para calcular mais 0s e 1s no mesmo espaço. Spintrônica, por exemplo, é um conceito para transistores que aproveita os spins para cima e para baixo dos elétrons em materiais conforme os estados do transistor on / off.

Valleytronics, outra abordagem emergente, utiliza a resposta altamente seletiva de materiais cristalinos candidatos sob condições de iluminação específicas para denotar seus estados ligado / desligado - isto é, usando as estruturas de banda dos materiais de modo que as informações de 0s e 1s sejam armazenadas em vales de energia separados de elétrons, que são dependentes das estruturas cristalinas dos materiais.

Neste novo estudo, a equipe de pesquisa mostrou que o sulfeto de estanho (II) (SnS) é capaz de absorver diferentes polarizações da luz e, em seguida, reemitir seletivamente luz de diferentes cores em diferentes polarizações. Isso é útil para acessar simultaneamente os graus de liberdade eletrônicos usuais - e o Valleytronic do material - o que aumentaria substancialmente o poder de computação e a densidade de armazenamento de dados dos circuitos feitos com o material.

"Mostramos um novo material com vales de energia distintos que podem ser identificados diretamente e controlados separadamente, "disse Yao." Isso é importante porque nos fornece uma plataforma para entender como as assinaturas dos vales são transportadas pelos elétrons e como as informações podem ser facilmente armazenadas e processadas entre os vales, que são de importância científica e de engenharia. "

Lin, o primeiro autor do artigo, disse que o material é diferente dos materiais Valleytronics candidatos investigados anteriormente porque possui tal seletividade à temperatura ambiente sem vieses adicionais além da fonte de luz de excitação, que alivia os requisitos anteriormente rigorosos no controle dos vales. Em comparação com seus materiais predecessores, SnS também é muito mais fácil de processar.

Com esta descoberta, pesquisadores serão capazes de desenvolver dispositivos valleytronic operacionais, que um dia poderá ser integrado em circuitos eletrônicos. O acoplamento único entre a luz e os vales neste novo material também pode abrir o caminho para futuros chips eletrônicos / fotônicos híbridos.

A iniciativa "Beyond Moore's Law" do Berkeley Lab aproveita os recursos científicos básicos e as instalações de usuário exclusivas do Berkeley Lab e da UC Berkeley para avaliar candidatos promissores para a próxima geração de eletrônicos e tecnologias de computação. Seu objetivo é construir parcerias estreitas com a indústria para acelerar o tempo que normalmente leva para passar da descoberta de uma tecnologia para seu aumento de escala e comercialização.