p Transistores individuais feitos de nanotubos de carbono são mais rápidos e mais eficientes em termos de energia do que aqueles feitos de outros materiais. Indo de um único transistor para um circuito integrado cheio de transistores, Contudo, é um salto gigante. p "Um único microprocessador tem um bilhão de transistores, "disse Mark Hersam da Northwestern Engineering." Todos os bilhões deles funcionam. E não só funcionam, mas eles funcionam de forma confiável por anos ou mesmo décadas. "

p Ao tentar dar o salto de um indivíduo, transistor baseado em nanotubo para circuitos integrados em escala de wafer, muitas equipes de pesquisa, incluindo Hersam's, encontraram desafios. Para um, o processo é incrivelmente caro, frequentemente exigindo salas limpas de bilhões de dólares para manter os delicados componentes de tamanho nanométrico protegidos dos efeitos potencialmente prejudiciais do ar, agua, e poeira. Os pesquisadores também têm lutado para criar um circuito integrado baseado em nanotubos de carbono em que os transistores sejam espacialmente uniformes em todo o material, que é necessário para o funcionamento do sistema geral.

p Agora, Hersam e sua equipe da Northwestern University encontraram a chave para resolver todos esses problemas. O segredo está nas camadas de encapsulamento desenvolvidas recentemente que protegem os nanotubos de carbono da degradação ambiental.

p Com o apoio do Office of Naval Research e da National Science Foundation, a pesquisa aparece online em Nature Nanotechology em 7 de setembro. Tobin J. Marks, Vladimir N. Ipatieff, Professor Pesquisador de Química no Weinberg College of Arts and Sciences da Northwestern e professor de ciência de materiais e engenharia na McCormick School of Engineering, é co-autor do artigo. Michael Geier, um estudante de graduação no laboratório de Hersam, foi o primeiro autor.

p “Uma das realidades de um nanomaterial, como um nanotubo de carbono, é que essencialmente todos os seus átomos na superfície, "disse Hersam, o Walter P. Murphy Professor de Ciência e Engenharia de Materiais. "Portanto, qualquer coisa que toque a superfície desses materiais pode influenciar suas propriedades. Se fizéssemos uma série de transistores e os deixássemos no ar, água e oxigênio grudariam na superfície dos nanotubos, degradando-os ao longo do tempo. Pensamos que a adição de uma camada de encapsulamento protetora poderia interromper esse processo de degradação para alcançar uma vida útil substancialmente mais longa. "

p Hersam compara sua solução a uma usada atualmente para diodos emissores de luz orgânicos (LEDs), que experimentou problemas semelhantes depois que foram percebidos pela primeira vez. Muitas pessoas presumiram que os LEDs orgânicos não teriam futuro porque se degradam no ar. Depois que os pesquisadores desenvolveram uma camada de encapsulamento para o material, LEDs orgânicos agora são usados ​​em muitas aplicações comerciais, incluindo monitores para smartphones, rádios de carro, televisores, e câmeras digitais. Feito de polímeros e óxidos inorgânicos, A camada de encapsulamento de Hersam é baseada na mesma ideia, mas feita sob medida para nanotubos de carbono.

p Para demonstrar a prova de conceito, Hersam desenvolveu circuitos de memória de acesso aleatório estática (SRAM) baseados em nanotubos. SRAM é um componente chave de todos os microprocessadores, frequentemente constituindo até 85 por cento dos transistores na unidade central de processamento em um computador comum. Para criar os nanotubos de carbono encapsulados, a equipe depositou primeiro os nanotubos de carbono de uma solução desenvolvida anteriormente no laboratório de Hersam. Em seguida, eles revestiram os tubos com suas camadas de encapsulamento.

p Usando os nanotubos de carbono encapsulados, A equipe de Hersam projetou e fabricou com sucesso matrizes de circuitos SRAM funcionais. Não só as camadas de encapsulamento protegem o dispositivo sensível do ambiente, mas eles melhoraram a uniformidade espacial entre os transistores individuais através do wafer. Enquanto os circuitos integrados da Hersam demonstraram uma longa vida útil, os transistores que foram depositados da mesma solução, mas não revestidos, degradaram-se em horas.

p "Depois de fazermos os dispositivos, podemos deixá-los no ar sem mais precauções, "Hersam disse." Não precisamos colocá-los em uma câmara de vácuo ou ambiente controlado. Outros pesquisadores fizeram dispositivos semelhantes, mas imediatamente tiveram que colocá-los em uma câmara de vácuo ou ambiente inerte para mantê-los estáveis. Isso obviamente não vai funcionar em uma situação do mundo real. "

p Hersam imagina que sua solução processada, SRAM estável ao ar pode ser usada em tecnologias emergentes. Transistores baseados em nanotubos de carbono flexíveis podem substituir o silício rígido para permitir a eletrônica vestível. O método de fabricação mais barato também abre portas para cartões inteligentes - cartões de crédito incorporados com informações pessoais para reduzir a probabilidade de fraude.

p "Os cartões inteligentes só são realistas se puderem ser realizados usando fabricação de custo extremamente baixo, "disse ele." Como nossos nanotubos de carbono processados ​​por solução são compatíveis com métodos de impressão escalonáveis ​​e baratos, nossos resultados podem permitir cartões inteligentes e aplicativos eletrônicos impressos relacionados. "