p Pesquisadores do Georgia Institute of Technology desenvolveram uma nova classe de dispositivo lógico eletrônico no qual a corrente é comutada por um campo elétrico gerado pela aplicação de deformação mecânica a nanofios de óxido de zinco. p Os dispositivos, que incluem transistores e diodos, poderia ser usado em robótica em escala nanométrica, sistemas nanoeletromecânicos (NEMS), sistemas microeletromecânicos (MEMS) e dispositivos microfluídicos. A ação mecânica usada para iniciar a tensão pode ser tão simples quanto apertar um botão, ou ser criado pelo fluxo de um líquido, alongamento de músculos ou movimento de um componente robótico.

p Em transistores de efeito de campo tradicionais, um campo elétrico comuta - ou "bloqueia" - o fluxo de corrente elétrica através de um semicondutor. Em vez de usar um sinal elétrico, os novos dispositivos lógicos criam o campo de comutação deformando mecanicamente os nanofios de óxido de zinco. A deformação cria tensão nos nanofios, gerando um campo elétrico através do efeito piezoelétrico - que cria carga elétrica em certos materiais cristalinos quando eles são submetidos a esforços mecânicos.

p "Quando aplicamos uma tensão a um nanofio colocado em dois eletrodos de metal, nós criamos um campo, que é forte o suficiente para servir como a tensão de disparo, "disse Zhong Lin Wang, um professor regentes da Escola de Ciência e Engenharia de Materiais da Georgia Tech. "Este tipo de dispositivo permitiria que a ação mecânica fizesse a interface com a eletrônica, e pode ser a base para uma nova forma de dispositivo lógico que usa o potencial piezoelétrico no lugar de uma tensão de porta. "

p Wang, que publicou uma série de artigos sobre os dispositivos em revistas como Nano Letras , Materiais avançados e Cartas de Física Aplicada , chama essa nova classe de dispositivo em escala nanométrica de "piezotronics" porque eles usam o potencial piezoelétrico para ajustar e bloquear o processo de transporte de carga em semicondutores. Os dispositivos contam com as propriedades exclusivas das nanoestruturas de óxido de zinco, que são semicondutores e piezoelétricos.

p Os transistores e diodos adicionam à família de nanodispositivos desenvolvidos por Wang e sua equipe de pesquisa, e podem ser combinados em sistemas nos quais todos os componentes são baseados no mesmo material de óxido de zinco. Os pesquisadores anunciaram anteriormente o desenvolvimento de geradores em escala nanométrica que produzem uma voltagem convertendo o movimento mecânico do ambiente, e sensores de nanofios para medição de pH e detecção de luz ultravioleta.

p "A família de dispositivos que desenvolvemos pode ser unida para criar com alimentação própria, sistemas autônomos e inteligentes em nanoescala, "Disse Wang." Podemos criar sistemas complexos totalmente baseados em nanofios de óxido de zinco que tenham memória, em processamento, e capacidades de detecção alimentadas por energia elétrica retirada do meio ambiente. "

p Usando transistores com restrição de tensão fabricados em um substrato de polímero flexível, os pesquisadores demonstraram operações lógicas básicas - incluindo NOR, Portas XOR e NAND e funções de multiplexador / demultiplexador - simplesmente aplicando diferentes tipos de cepas aos nanofios de óxido de zinco. Eles também criaram um inversor ao colocar transistores com restrição de tensão em ambos os lados de um substrato flexível.

p "Usando o transistor com restrição de tensão como um bloco de construção, podemos construir uma lógica complicada, "Wang acrescentou." Esta é a primeira vez que uma ação mecânica foi usada para criar uma operação lógica. "

p Um transistor com restrição de tensão é feito de um único nanofio de óxido de zinco com suas duas extremidades - a fonte e os eletrodos de drenagem - fixadas a um substrato de polímero por contatos de metal. Flexionar os dispositivos inverte sua polaridade conforme a deformação muda de compressiva para tração em lados opostos.

p Os dispositivos operam em baixas frequências - o tipo criado pela interação humana e o ambiente ambiente - e não desafiariam os transistores CMOS tradicionais quanto à velocidade em aplicações convencionais. Os dispositivos respondem a forças mecânicas muito pequenas, Wang observou.

p O grupo Georgia Tech também aprendeu a controlar a condutividade em nanodispositivos de óxido de zinco usando emissões de laser que aproveitam as propriedades únicas de fotoexcitação do material. Quando a luz ultravioleta de um laser atinge um contato de metal ligado a uma estrutura de óxido de zinco, ele cria pares de elétron-buraco que mudam a altura da barreira Schottky no contato óxido de zinco-metal.

p Essas características de mudança de condutividade das emissões de laser podem ser usadas em conjunto com alterações na deformação mecânica para fornecer um controle mais preciso sobre as capacidades de condução de um dispositivo.

p “O laser melhora a condutividade da estrutura, "Wang observou." O efeito do laser está em contraste com o efeito piezoelétrico. O efeito do laser reduz a altura da barreira, enquanto o efeito piezoelétrico aumenta a altura da barreira. "

p Wang chamou esses novos dispositivos fabricados por acoplamento piezoelétrico, excitação de fótons e propriedades semicondutoras de dispositivos "piezo-fototrônicos".

p O grupo de pesquisa também criou dispositivos lógicos híbridos que usam nanofios de óxido de zinco para controlar a corrente que se move através de nanotubos de carbono de parede única. Os nanotubos, que foram produzidos por pesquisadores da Duke University, pode ser tipo p ou tipo n.

p A pesquisa foi apoiada pela National Science Foundation (NSF), a Agência de Projetos de Pesquisa Avançada de Defesa (DARPA), e o Departamento de Energia dos EUA (DOE). Além de Wang, a equipe de pesquisa inclui Wenzhuo Wu, Yaguang Wei, Youfan Hu, Weihua Liu, Minbaek Lee, Yan Zhang, Yanling Chang, Shu Xiang, Lei Ding, Jie Liu e Robert Snyder.

p "Nosso trabalho com dispositivos controlados por tensão fornece uma nova abordagem para operações lógicas que realizam ações mecânico-elétricas em uma unidade estrutural usando um único material, "Wang observou." Esses transistores podem fornecer novos recursos de processamento e memória em dispositivos muito pequenos e portáteis. "