Enquanto os cientistas continuam a procurar por um material que tornará possível embalar mais transistores em um chip, uma nova pesquisa da McGill University e da Université de Montréal acrescenta evidências de que o fósforo preto pode surgir como um forte candidato.

Em um estudo publicado hoje em Nature Communications , os pesquisadores relatam que quando os elétrons se movem em um transistor de fósforo, eles fazem isso apenas em duas dimensões. A descoberta sugere que o fósforo preto pode ajudar os engenheiros a superar um dos grandes desafios para a eletrônica do futuro:projetar transistores com eficiência energética.

"Os transistores funcionam com mais eficiência quando são finos, com elétrons se movendo em apenas duas dimensões, "diz Thomas Szkopek, professor associado do Departamento de Engenharia Elétrica e de Computação da McGill e autor sênior do novo estudo. "Nada fica mais fino do que uma única camada de átomos."

Em 2004, os físicos da Universidade de Manchester, no Reino Unido, isolaram e exploraram pela primeira vez as propriedades notáveis ​​do grafeno - uma camada de carbono com um átomo de espessura. Desde então, os cientistas correram para investigar uma variedade de outros materiais bidimensionais. Um deles é o fósforo preto, uma forma de fósforo que é semelhante à grafite e pode ser facilmente separada em camadas atômicas únicas, conhecido como fosforeno.

O fosforeno despertou um interesse crescente porque supera muitos dos desafios do uso do grafeno na eletrônica. Ao contrário do grafeno, que age como um metal, o fósforo preto é um semicondutor natural:pode ser facilmente ligado e desligado.

"Para diminuir a tensão de operação dos transistores, e, assim, reduzem o calor que geram, temos que chegar cada vez mais perto de projetar o transistor no nível atômico, "Diz Szkopek." A caixa de ferramentas do futuro para projetistas de transistores exigirá uma variedade de materiais com camadas atômicas:um semicondutor ideal, um metal ideal, e um dielétrico ideal. Todos os três componentes devem ser otimizados para um transistor bem projetado. O fósforo preto preenche a função de material semicondutor. "

O trabalho resultou de uma colaboração multidisciplinar entre o grupo de pesquisa em nanoeletrônica de Szkopek, o laboratório de nanociências da Física McGill Prof. Guillaume Gervais, e o grupo de pesquisa em nanoestruturas do Prof. Richard Martel no Departamento de Química da Université de Montréal.

Para examinar como os elétrons se movem em um transistor de fósforo, os pesquisadores os observaram sob a influência de um campo magnético em experimentos realizados no National High Magnetic Field Laboratory em Tallahassee, FL, o maior e mais poderoso laboratório de ímãs do mundo. Esta pesquisa "fornece informações importantes sobre a física fundamental que dita o comportamento do fósforo preto, "diz Tim Murphy, Diretor de Instalação de Campo DC na instalação da Flórida.

"O que é surpreendente nesses resultados é que os elétrons são capazes de ser puxados para uma folha de carga que é bidimensional, embora ocupem um volume com várias camadas atômicas de espessura, "Szkopek diz. Essa descoberta é significativa porque pode potencialmente facilitar a fabricação do material - embora neste ponto" ninguém saiba como fabricar esse material em grande escala. "

“Há um grande interesse emergente em todo o mundo pelo fósforo negro, "Diz Szkopek." Ainda estamos muito longe de ver os transistores da camada atômica em um produto comercial, mas agora demos um passo mais perto. "