Pradyumna Goli, deixou, e Alexander Balandin no Laboratório de Nano-Dispositivos de Balandin.
(Phys.org) - Pesquisadores descobriram que criar um "sanduíche" de grafeno-cobre-grafeno aumenta fortemente as propriedades de condução de calor do cobre, uma descoberta que pode ajudar ainda mais na redução da escala de eletrônicos.
O trabalho foi liderado por Alexander A. Balandin, professor de engenharia elétrica na Bourns College of Engineering da University of California, Riverside e Konstantin S. Novoselov, professor de física da Universidade de Manchester, no Reino Unido. Balandin e Novoselov são os autores correspondentes do artigo que acaba de ser publicado na revista Nano Letras . Em 2010, Novoselov dividiu o Prêmio Nobel de Física com Andre Geim pela descoberta do grafeno.
Nos experimentos, os pesquisadores descobriram que a adição de uma camada de grafeno, um material de um átomo de espessura com energia elétrica altamente desejável, propriedades térmicas e mecânicas, em cada lado de uma película de cobre aumentaram as propriedades de condução de calor em até 24 por cento.
"Este aumento da capacidade do cobre de conduzir calor pode se tornar importante no desenvolvimento de cobre híbrido - interconexões de grafeno para chips eletrônicos que continuam a ficar cada vez menores, "disse Balandin, que em 2013 foi premiado com a Medalha MRS da Sociedade de Pesquisa de Materiais pela descoberta das propriedades incomuns de condução de calor do grafeno.
Da esquerda:(1) cobre antes de qualquer processamento, (2) cobre após processamento térmico; (3) cobre após adição de grafeno.
Se as propriedades condutoras de calor do cobre melhorariam com camadas de grafeno, é uma questão importante porque o cobre é o material usado para interconexões de semicondutores em chips de computador modernos. O cobre substituiu o alumínio por causa de sua melhor condutividade elétrica.
Reduzir o tamanho dos transistores e interconexões e aumentar o número de transistores em chips de computador colocou uma enorme pressão no desempenho de interconexão do cobre, ao ponto em que há pouco espaço para melhorias adicionais. Por esse motivo, há uma forte motivação para desenvolver estruturas de interconexão híbridas que possam conduzir melhor a corrente elétrica e o calor.
Nos experimentos conduzidos por Balandin e os outros pesquisadores, eles ficaram surpresos com o fato de que a melhoria das propriedades térmicas dos filmes de cobre revestidos com grafeno foi significativa, apesar do fato de que a espessura do grafeno é de apenas um átomo. O quebra-cabeça foi resolvido depois que eles perceberam que a melhoria é o resultado de mudanças na nano e microestrutura do cobre, não da ação do grafeno como um canal condutor adicional de calor.
Depois de examinar os tamanhos dos grãos de cobre antes e depois de adicionar grafeno, o pesquisador descobriu que a deposição química de vapor de grafeno conduzida em alta temperatura estimula o crescimento do tamanho do grão em filmes de cobre. Os tamanhos de grão maiores em cobre revestido com grafeno resultam em melhor condução de calor.
A configuração experimental e a amostra utilizada no estudo.
Adicionalmente, os pesquisadores descobriram que a melhoria na condução de calor pela adição de grafeno foi mais pronunciada em filmes de cobre mais finos. Isso é significativo porque o aprimoramento deve melhorar ainda mais à medida que as futuras interconexões de cobre diminuem para a faixa de nanômetros, que é 1/1000 da faixa do micrômetro.
No futuro, Balandin e a equipe gostariam de investigar como as propriedades de condução de calor mudam em filmes de cobre com nanômetros de espessura revestidos com grafeno. Eles também planejam desenvolver um modelo teórico mais preciso para explicar como a condutividade térmica se escala com os tamanhos dos grãos.
