p Dadas suas excelentes propriedades mecânicas e elétricas, nanotubos de carbono são blocos de construção atraentes para dispositivos nanoeletromecânicos de próxima geração, incluindo sensores de alto desempenho, dispositivos lógicos, e elementos de memória. Contudo, os desafios de fabricação associados à criação de matrizes bem ordenadas de nanotubos de carbono individuais e os modos de falha predominantes dos dispositivos de nanotubos impediram qualquer uso comercial em larga escala. p Agora, pesquisadores da Northwestern University, o Centro de Nanotecnologias Integradas dos Laboratórios Nacionais de Sandia e Los Alamos, e a Binghamton University descobriram uma maneira de melhorar drasticamente a confiabilidade dos sistemas nanoeletromecânicos baseados em nanotubos de carbono. Seus resultados são publicados na revista Pequena .

p "Dependendo de sua geometria, esses dispositivos tendem a ficar fechados, queimar ou fraturar após apenas alguns ciclos, "disse Horacio Espinosa, James N. e Nancy J. Professor na McCormick School of Engineering da Northwestern University. "Isso limita significativamente qualquer aplicação prática de tais dispositivos nano. Nossa descoberta pode ser a chave para o avanço dos sistemas nanoeletromecânicos baseados em nanotubos de carbono de demonstrações em escala de laboratório para alternativas viáveis ​​e atraentes para muitos de nossos dispositivos microeletrônicos atuais."

p A data, dispositivos nanoeletromecânicos baseados em nanotubos de carbono têm usado metal de forma ubíqua, eletrodos de filme fino. O grupo da Northwestern University, em colaboração com os investigadores da SANDIA, substituiu esses eletrodos por eletrodos feitos de carbono semelhante ao diamante (um material eletricamente condutor e mecânico robusto), que suprimiu o início da falha. Isso permitiu que eles demonstrassem o primeiro exemplo de dispositivos nanoeletromecânicos construídos a partir de CNTs individuais comutando de maneira confiável ao longo de vários ciclos e aplicassem essa funcionalidade a elementos de memória que armazenam estados binários.

p "Isso representa um passo significativo na maturação da tecnologia de dispositivos baseados em nanotubos de carbono, "Disse Espinosa.

p A equipe usou um switch nanoeletromecânico baseado em nanotubos de carbono como uma plataforma para estudar modos de falha e investigar soluções potenciais.

p "Esta mudança compartilha princípios operacionais, e, portanto, modos de falha, com vários dispositivos relatados, "disse Owen Loh, estudante de pós-graduação no laboratório de Espinosa. "Desta maneira, esperamos que os resultados sejam amplamente aplicáveis. "

p Primeiro, a equipe realizou um estudo paramétrico do espaço de design de dispositivos usando eletrodos de metal convencionais. Isso permitiu a identificação do ponto de início dos vários modos de falha dentro do espaço de design e destacou a região altamente limitada na qual os dispositivos funcionariam de forma confiável sem falha. Eles então usaram modelos computacionais para explicar os mecanismos subjacentes aos modos de falha observados experimentalmente.

p "Usando esses modelos, podemos replicar a geometria dos dispositivos testados e, em última análise, explicar por que eles falham, "disse Xiaoding Wei, pós-doutorado no laboratório de Espinosa.

p A equipe então demonstrou que o uso de materiais alternativos de eletrodo, como carbono semelhante ao diamante, pode melhorar muito a confiabilidade desses dispositivos. Eles repetiram um estudo paramétrico semelhante usando eletrodos de carbono semelhantes a diamante em vez de filmes finos de metal e encontraram uma melhoria dramática na robustez do dispositivo. Isso permitiu a comutação confiável dos dispositivos baseados em nanotubos de carbono através de vários ciclos, bem como a aplicação ao armazenamento volátil dos estados binários "0" e "1".