(PhysOrg.com) - Embora os diamantes possam ser o melhor amigo de uma garota, eles também são amados por cientistas que trabalham para aprimorar o desempenho de dispositivos eletrônicos.

Dois novos estudos realizados no Laboratório Nacional de Argonne do Departamento de Energia dos EUA revelaram um novo caminho para os cientistas de materiais usarem propriedades anteriormente inexploradas de filmes finos de diamante nanocristalino. Embora as propriedades das películas finas de diamante sejam relativamente bem compreendidas, a nova descoberta pode melhorar drasticamente o desempenho de certos tipos de circuitos integrados, reduzindo seu "orçamento térmico".

Por décadas, engenheiros têm procurado construir dispositivos eletrônicos mais eficientes, reduzindo o tamanho de seus componentes. No processo de fazer isso, Contudo, pesquisadores chegaram a um "gargalo térmico, "disse o nanocientista de Argonne Anirudha Sumant.

Em um gargalo térmico, o excesso de calor gerado no dispositivo causa efeitos indesejáveis ​​que afetam seu desempenho. "A menos que desenvolvamos maneiras inovadoras de sugar o calor de nossos eletrônicos, estamos praticamente presos a esse gargalo, "Sumant explicou.

As propriedades térmicas incomumente atraentes dos filmes finos de diamante levaram os cientistas a sugerir o uso desse material como um dissipador de calor que poderia ser integrado a vários materiais semicondutores diferentes. Contudo, as temperaturas de deposição para os filmes de diamante normalmente excedem 800 graus Celsius - cerca de 1.500 graus Fahrenheit, o que limita a viabilidade desta abordagem.

"O nome do jogo é produzir filmes de diamante na temperatura mais baixa possível. Se eu conseguir fazer os filmes crescerem 400 graus, torna possível para mim integrar este material com toda uma gama de outros materiais semicondutores, "Sumant disse.

Ao usar uma nova técnica que alterou o processo de deposição dos filmes de diamante, Sumant e seus colegas do Centro de Materiais em nanoescala de Argonne foram capazes de reduzir a temperatura para perto de 400 graus Celsius e ajustar as propriedades térmicas dos filmes de diamante controlando seu tamanho de grão. Isso permitiu a eventual combinação do diamante com dois outros materiais importantes:grafeno e nitreto de gálio.

De acordo com Sumant, o diamante tem propriedades de condução de calor muito melhores do que o silício ou óxido de silício, que eram tradicionalmente usados ​​para a fabricação de dispositivos de grafeno. Como resultado de uma melhor remoção de calor, dispositivos de grafeno fabricados em diamante podem sustentar densidades de corrente muito mais altas.

No outro estudo, Sumant usou a mesma tecnologia para combinar filmes finos de diamante com nitreto de gálio, que é amplamente utilizado em dispositivos emissores de luz (LED) de alta potência. Depois de depositar um filme de diamante de 300 nm de espessura em um substrato de nitreto de gálio, Sumant e seus colegas notaram uma melhora considerável no desempenho térmico. Porque uma diferença dentro de um circuito integrado de apenas alguns graus pode causar uma mudança perceptível no desempenho, ele chamou esse resultado de "notável".

"O elo comum entre esses experimentos é que estamos encontrando novas maneiras de dissipar o calor de forma mais eficaz, usando menos energia, qual é a chave, "Sumant disse." Esses processos são cruciais para a indústria, que busca maneiras de superar os limites convencionais dos circuitos de semicondutores e buscar a próxima geração de eletrônicos.

Os resultados dos dois estudos foram relatados em Nano Letras e Materiais Funcionais Avançados . Ambos os estudos foram realizados em colaboração com o Prof. Alexander Balandin na Universidade da Califórnia-Riverside e seus alunos de pós-graduação Jie Yu, Guanxiong Liu e Dr. Vivek Goyal, um recente Ph.D. graduado.

O financiamento para a pesquisa conduzida no Center for Nanoscale Materials foi fornecido pelo programa Basic Energy Sciences do Office of Science do Departamento de Energia dos EUA.