(Phys.org) —Uma Universidade da Califórnia, O professor da Riverside Bourns College of Engineering e uma equipe de pesquisadores publicaram um artigo hoje que mostra como eles resolveram um problema de quase um século que poderia ajudar a reduzir ainda mais o tamanho dos dispositivos eletrônicos.

O trabalho, liderado por Alexander A. Balandin, professor de engenharia elétrica na UC Riverside, focado no ruído eletrônico 1 / f de baixa frequência, também conhecido como ruído rosa e ruído de cintilação. É um sinal ou processo com densidade espectral de potência inversamente proporcional à frequência. Foi descoberto pela primeira vez em tubos de vácuo em 1925 e, desde então, tem sido encontrado em todos os lugares, desde flutuações de intensidade em gravações musicais até batimentos cardíacos humanos e correntes elétricas em materiais e dispositivos.

A importância desse ruído para a eletrônica motivou inúmeros estudos de sua origem física e métodos para seu controle. Por exemplo, o ruído de fase do sinal em um radar ou dispositivo de comunicação, como um smartphone, é determinado, em grande medida, pelo nível de ruído 1 / f nos transistores usados ​​dentro do radar ou smartphone.

Contudo, depois de quase um século de investigações, a origem do ruído 1 / f na maioria dos sistemas de materiais permaneceu um mistério. Uma questão de particular importância para a eletrônica era se o ruído 1 / f era gerado na superfície dos condutores elétricos ou dentro de seus volumes.

Uma equipe de pesquisadores da UC Riverside, O Rensselaer Polytechnic Institute (RPI) e o Ioffe Physical-Technical Institute da Russian Academy of Sciences foram capazes de lançar luz sobre a origem do ruído 1 / f usando um conjunto de amostras de grafeno multicamadas com a espessura continuamente variada de cerca de 15 planos atômicos a um camada única de grafeno. O grafeno é um cristal de carbono de um átomo de espessura com propriedades únicas, incluindo condutividade elétrica e térmica superior, resistência mecânica e absorção óptica única.

Além de Balandin, que também é o presidente fundador do programa de ciência e engenharia de materiais na UC Riverside, a equipe de pesquisadores incluiu:A equipe incluiu:Guanxiong Liu, um associado de pesquisa no Laboratório de Nano-Dispositivos (NDL) de Balandin; Michael S. Shur, Patricia W. e C. Sheldon Roberts, Professora de Eletrônica de Estado Sólido na RPI; e Sergey Rumyantsev, professor pesquisador do RPI e do Ioffe Institute.

"A chave para este resultado interessante foi que, ao contrário dos filmes de metal ou semicondutores, a espessura das multicamadas de grafeno pode ser contínua e uniformemente variada até uma única camada atômica de grafeno - a "superfície" final do filme, "Balandin disse." Assim, fomos capazes de realizar com filmes de grafeno multicamadas algo que os pesquisadores não conseguiam fazer com filmes de metal no século passado. Investigamos a origem do ruído 1 / f diretamente. "

Ele acrescentou que estudos anteriores não puderam testar filmes de metal com espessuras abaixo de cerca de oito nanômetros. A espessura do grafeno é de 0,35 nanômetros e pode ser aumentada gradualmente, um plano atômico de cada vez.

"Além da ciência fundamental, os resultados relatados são importantes para continuar a redução de escala de dispositivos eletrônicos convencionais, "Balandin disse." A tecnologia atual já está no nível em que muitos dispositivos se tornam essencialmente as superfícies. Nesse sentido, a descoberta vai além do campo de grafeno. "

Ele também observou que o estudo foi essencial para as aplicações propostas do grafeno em circuitos analógicos, comunicações e sensores. Isso ocorre porque todas essas aplicações exigem níveis aceitavelmente baixos de ruído 1 / f, que contribui para o ruído de fase dos sistemas de comunicação e limita a sensibilidade e seletividade do sensor.

Os resultados da pesquisa foram publicados na revista. Cartas de Física Aplicada .