Em um artigo publicado esta semana em Ciência , uma equipe de Manchester liderada pelos ganhadores do Prêmio Nobel, Professor Andre Geim e Professor Konstantin Novoselov, literalmente abriu uma terceira dimensão na pesquisa do grafeno. A pesquisa mostra um transistor que pode ser o elo que faltava para que o grafeno se tornasse o próximo silício.

O grafeno - um plano atômico de carbono - é um material notável com infinitas propriedades únicas, do eletrônico ao químico e do óptico ao mecânico.

Uma das muitas aplicações potenciais do grafeno é seu uso como material básico para chips de computador, em vez de silício. Este potencial alertou a atenção dos principais fabricantes de chips, incluindo IBM, Samsung, Texas Instruments e Intel. Transistores individuais com frequências muito altas (até 300 GHz) já foram demonstrados por vários grupos em todo o mundo.

Infelizmente, esses transistores não podem ser compactados em um chip de computador porque eles vazam muita corrente, mesmo no estado mais isolante do grafeno. Essa corrente elétrica faria com que os cavacos derretessem em uma fração de segundo.

Este problema existe desde 2004, quando os pesquisadores de Manchester relataram suas descobertas ganhadoras do Nobel do grafeno e, apesar de um grande esforço mundial para resolvê-lo desde então, nenhuma solução real foi oferecida até agora.

Os cientistas da Universidade de Manchester agora sugerem o uso do grafeno não lateralmente (no plano) - como todos os estudos anteriores fizeram - mas na direção vertical. Eles usaram o grafeno como um eletrodo a partir do qual os elétrons são tunelizados através de um dielétrico em outro metal. Isso é chamado de diodo de tunelamento.

Em seguida, eles exploraram uma característica verdadeiramente única do grafeno - que uma voltagem externa pode alterar fortemente a energia dos elétrons de tunelamento. Como resultado, eles obtiveram um novo tipo de dispositivo - um transistor de tunelamento de efeito de campo vertical, no qual o grafeno é um ingrediente crítico.

Dr. Leonid Ponomarenko, que liderou o esforço experimental, disse:"Provamos uma abordagem conceitualmente nova para a eletrônica de grafeno. Nossos transistores já funcionam muito bem. Acredito que eles podem ser melhorados muito mais, reduzidos para tamanhos nanométricos e trabalhar em frequências sub-THz. "

"É uma nova perspectiva para a pesquisa do grafeno e as chances de produtos eletrônicos baseados em grafeno nunca pareceram melhores do que agora", acrescenta o professor Novoselov.

O grafeno sozinho não seria suficiente para fazer o avanço. Felizmente, existem muitos outros materiais, que têm apenas um átomo ou uma molécula de espessura, e eles foram usados ​​para ajudar.

A equipe de Manchester fez os transistores combinando grafeno com planos atômicos de nitreto de boro e dissulfeto de molibdênio. Os transistores foram montados camada por camada em uma sequência desejada, como um bolo de camadas, mas em escala atômica.

Essas superestruturas de bolo de camadas não existem na natureza. É um conceito inteiramente novo introduzido no relatório dos pesquisadores de Manchester. A montagem em escala atômica oferece muitos novos graus de funcionalidade, sem alguns dos quais o transistor de tunelamento seria impossível.

"O transistor demonstrado é importante, mas o conceito de montagem da camada atômica é provavelmente ainda mais importante, "explica o professor Geim. O professor Novoselov acrescentou:" O transistor de tunelamento é apenas um exemplo da coleção inesgotável de estruturas em camadas e novos dispositivos que agora podem ser criados por tal montagem.

"Ele realmente oferece oportunidades infinitas tanto para a física fundamental quanto para aplicações. Outros exemplos possíveis incluem diodos de emissão de luz, dispositivos fotovoltaicos, e assim por diante."