Com a primeira observação de efeitos termoelétricos nos contatos de grafeno, Pesquisadores da Universidade de Illinois descobriram que os transistores de grafeno têm um efeito de resfriamento em nanoescala que reduz sua temperatura.

Liderado pelo professor de ciência mecânica e engenharia William King e pelo professor de engenharia elétrica e da computação Eric Pop, a equipe publicará suas descobertas na edição online antecipada de 3 de abril da revista Nature Nanotechnology .

A velocidade e o tamanho dos chips de computador são limitados pela quantidade de calor que eles dissipam. Todos os eletrônicos dissipam calor como resultado dos elétrons da corrente colidindo com o material do dispositivo, um fenômeno chamado aquecimento resistivo. Este aquecimento supera outros efeitos termoelétricos menores que podem resfriar um dispositivo localmente. Computadores com chips de silício usam ventiladores ou água corrente para resfriar os transistores, um processo que consome grande parte da energia necessária para alimentar um dispositivo.

Os futuros chips de computador feitos de grafeno - folhas de carbono com 1 átomo de espessura - poderiam ser mais rápidos do que os chips de silício e operar com menor potência. Contudo, uma compreensão completa da geração e distribuição de calor em dispositivos de grafeno tem iludido os pesquisadores por causa das pequenas dimensões envolvidas.

A equipe de Illinois usou uma ponta de microscópio de força atômica como uma sonda de temperatura para fazer as primeiras medições de temperatura em escala nanométrica de um transistor de grafeno funcionando. As medições revelaram fenômenos de temperatura surpreendentes nos pontos onde o transistor de grafeno toca as conexões de metal. Eles descobriram que os efeitos do resfriamento termoelétrico podem ser mais fortes nos contatos de grafeno do que no aquecimento resistivo, realmente abaixando a temperatura do transistor.

"Em silício e na maioria dos materiais, o aquecimento eletrônico é muito maior do que o
auto-resfriamento, "King disse." No entanto, descobrimos que nesses transistores de grafeno, existem regiões onde o resfriamento termoelétrico pode ser maior do que o aquecimento resistivo, o que permite que esses dispositivos se resfriem. Este resfriamento automático não foi visto anteriormente para dispositivos de grafeno. "

Este efeito de auto-resfriamento significa que os eletrônicos à base de grafeno podem exigir pouco ou nenhum resfriamento, gerando uma eficiência energética ainda maior e aumentando a atratividade do grafeno como um substituto do silício.

"A eletrônica de grafeno ainda está em sua infância; no entanto, nossas medições e simulações projetam que os efeitos termoelétricos serão aprimorados à medida que a tecnologia do transistor de grafeno e os contatos melhorarem ", disse Pop, que também é afiliado ao Beckman Institute for Advanced Science, e o Laboratório de Micro e Nanotecnologia da U. de I.

Próximo, os pesquisadores planejam usar a sonda de temperatura AFM para estudar aquecimento e resfriamento em nanotubos de carbono e outros nanomateriais.