p (PhysOrg.com) - Um projeto de pesquisa colaborativa aproximou o mundo da produção de um novo material no qual a nanotecnologia do futuro poderia se basear. Pesquisadores em toda a Europa, incluindo o National Physical Laboratory (NPL) do Reino Unido, demonstraram como é um material incrível, grafeno, pode ser a chave para o futuro da eletrônica de alta velocidade, como micro-chips e tecnologia de tela sensível ao toque. p O grafeno tem mostrado potencial há muito tempo, mas anteriormente só era produzido em uma escala muito pequena, limitando o quão bem ele poderia ser medido, compreendido e desenvolvido. Artigo publicado em 17 de janeiro, no Nature Nanotechnology explica como os pesquisadores têm, pela primeira vez, produziu grafeno em um tamanho e qualidade onde pode ser praticamente desenvolvido, e medido com sucesso suas características elétricas. Essas descobertas significativas superam duas das maiores barreiras para expandir a tecnologia.

p Uma tecnologia para o futuro

p O grafeno é uma forma relativamente nova de carbono composta de uma única camada de átomos dispostos em uma estrutura em forma de favo de mel. Apesar de ter um átomo de espessura e quimicamente simples, o grafeno é extremamente forte e altamente condutivo, tornando-o ideal para eletrônicos de alta velocidade, fotônica e além.

p O grafeno é um forte candidato para substituir os chips semicondutores. A Lei de Moore observa que a densidade dos transistores em um circuito integrado dobra a cada dois anos, mas acredita-se que o silício e outros materiais de transistores existentes estejam próximos do tamanho mínimo em que podem permanecer eficazes. Os transistores de grafeno podem funcionar em velocidades mais rápidas e lidar com temperaturas mais altas. O grafeno pode ser a solução para garantir que a tecnologia de computação continue a crescer em potência enquanto diminui de tamanho, estendendo a vida da lei de Moore por muitos anos.

p Grandes fabricantes de microchip, como IBM e Intel, expressaram abertamente interesse no potencial do grafeno como um material no qual a computação futura poderia ser baseada.

p O grafeno também tem potencial para inovações empolgantes, como tecnologia de tela sensível ao toque, Visores LCD e células solares. Sua força e transparência incomparáveis ​​o tornam perfeito para essas aplicações, e sua condutividade ofereceria um aumento dramático na eficiência dos materiais existentes.

p Crescendo para um tamanho utilizável, mantendo a qualidade

p Até agora, o grafeno de qualidade suficiente só foi produzido na forma de pequenos flocos de pequenas frações de um milímetro, usando métodos meticulosos, como descascar camadas de cristais de grafite com fita adesiva. A produção de eletrônicos utilizáveis ​​exige que áreas muito maiores de material sejam cultivadas. Este projeto viu pesquisadores, pela primeira vez, produzir e operar com sucesso um grande número de dispositivos eletrônicos a partir de uma área considerável de camadas de grafeno (aproximadamente 50 mm ² )

p A amostra de grafeno, foi produzido epitaxialmente - um processo de crescimento de uma camada de cristal em outra - em carboneto de silício. Ter uma amostra tão significativa não prova apenas que isso pode ser feito de forma prática, forma escalável, mas também permitiu que os cientistas entendessem melhor propriedades importantes.

p Resistência de medição

p O segundo grande avanço do projeto foi medir as características elétricas do grafeno com precisão sem precedentes, pavimentando o caminho para o estabelecimento de padrões convenientes e precisos. Para que produtos como transistores em computadores funcionem com eficácia e sejam comercialmente viáveis, os fabricantes devem ser capazes de fazer tais medições com incrível precisão em relação a um padrão internacional acordado.

p O padrão internacional para resistência elétrica é fornecido pelo Quantum Hall Effect, um fenômeno pelo qual as propriedades elétricas em materiais 2D podem ser determinadas com base apenas nas constantes fundamentais da natureza.

p O efeito tem, até agora, só foi demonstrado com precisão suficiente em um pequeno número de semicondutores convencionais. Além disso, tais medições precisam de temperaturas próximas do zero absoluto, combinado com campos magnéticos muito fortes, e apenas alguns laboratórios especializados no mundo podem atingir essas condições.

p O grafeno foi apontado por muito tempo para fornecer um padrão ainda melhor, mas as amostras foram inadequadas para provar isso. Ao produzir amostras de tamanho e qualidade suficientes, e demonstrar com precisão a resistência de Hall, a equipe provou que o grafeno tem potencial para substituir os semicondutores convencionais em escala de massa.

p Além disso, o grafeno mostra o efeito Quantum Hall em temperaturas muito mais altas. Isso significa que o padrão de resistência ao grafeno pode ser usado de forma muito mais ampla, pois mais laboratórios podem alcançar as condições necessárias para seu uso. Além de suas vantagens de velocidade operacional e durabilidade, isso também aceleraria a produção e reduziria os custos da futura tecnologia eletrônica baseada em grafeno

p O professor Alexander Tzalenchuk do Grupo de Detecção Quantum do NPL e o autor principal do artigo da Nature Nanotechnology observa:"É realmente sensacional que uma grande área de grafeno epitaxial demonstrou não apenas continuidade estrutural, mas também o grau de perfeição necessário para medições elétricas precisas no mesmo nível dos semicondutores convencionais com uma história de desenvolvimento muito mais longa. "

p Onde agora?

p A equipe de pesquisa não se contenta em deixar isso aí. Eles esperam continuar demonstrando medições ainda mais precisas, bem como medições precisas em temperaturas ainda mais altas. Atualmente, eles buscam financiamento da UE para impulsionar esse processo.

p Dr. JT Janssen, um NPL Fellow que trabalhou no projeto, disse:"Estabelecemos as bases para o futuro da produção de grafeno, e nos empenharemos em nossas pesquisas contínuas para fornecer uma maior compreensão deste empolgante material. O desafio para a indústria nos próximos anos será dimensionar o material de uma forma prática para atender às novas demandas de tecnologia. Demos um grande passo em frente, e uma vez que os processos de fabricação estão em vigor, esperamos que o grafeno ofereça ao mundo uma alternativa mais rápida e barata aos semicondutores convencionais ”.

p O efeito Quantum Hall

p Isso aparece onde uma corrente elétrica flui através de um material bidimensional em um campo magnético perpendicular e a voltagem no material é medida perpendicular ao fluxo de corrente e ao campo. Dentro de certos intervalos periódicos de campo, a razão desta tensão transversal para a corrente, conhecida como a resistência de Hall, é determinado apenas por uma combinação conhecida de constantes fundamentais da natureza - a constante de Planck he a carga do elétron e.

p Por causa dessa universalidade, o efeito Quantum Hall fornece a base para o padrão de resistência em princípio independente de uma amostra particular, material ou configuração de medição.

p O efeito Quantum Hall tem, até agora, só foi demonstrado com precisão com precisão suficiente em um pequeno número de semicondutores convencionais, como heteroestruturas de Si e do grupo III-V. Por causa de sua estrutura eletrônica única, o grafeno foi sugerido por muito tempo para fornecer um padrão ainda melhor, mas o tamanho pequeno dos flocos de grafeno e a qualidade insuficiente dos primeiros filmes de grafeno não permitiam que medições precisas fossem realizadas.