p O grafeno emergiu como um dos cristais bidimensionais mais promissores, mas o futuro da eletrônica pode incluir dois outros nanomateriais, de acordo com um novo estudo realizado por pesquisadores da Universidade da Califórnia, Riverside e a Universidade da Geórgia. p Em pesquisa publicada segunda-feira (4 de julho) na revista Nature Nanotechnology , os pesquisadores descreveram a integração de três materiais bidimensionais (2D) muito diferentes para produzir um compactar, e dispositivo oscilador rápido controlado por tensão (VCO). Um VCO é um oscilador eletrônico cuja frequência de oscilação é controlada por uma entrada de tensão.

p Intitulado "Um sulfeto de tântalo integrado - nitreto de boro - oscilador de grafeno:um dispositivo de onda de densidade de carga operando em temperatura ambiente, "o artigo descreve o desenvolvimento do primeiro dispositivo útil que explora o potencial das ondas de densidade de carga para modular uma corrente elétrica através de um material 2D. A nova tecnologia pode se tornar uma alternativa de energia ultrabaixa aos dispositivos convencionais à base de silício, que são usados ​​em milhares de aplicativos, de computadores a relógios e rádios. O magro, a natureza flexível do dispositivo o tornaria ideal para uso em tecnologias vestíveis.

p Grafeno, uma única camada de átomos de carbono que exibe condutividades elétricas e térmicas excepcionais, mostra-se promissor como sucessor dos transistores baseados em silício. Contudo, sua aplicação tem sido limitada por sua incapacidade de funcionar como um semicondutor, o que é crítico para as operações de comutação "liga-desliga" realizadas por componentes eletrônicos.

p Para superar essa deficiência, os pesquisadores se voltaram para outro nanomaterial 2D, Sulfeto de tântalo (TaS2). Eles mostraram que as mudanças induzidas por voltagem na estrutura atômica do 'protótipo 1T' de TaS2 permitem que ele funcione como um interruptor elétrico em temperatura ambiente - um requisito para aplicações práticas.

p "Existem muitos materiais de onda de densidade de carga que têm propriedades de comutação elétrica interessantes. No entanto, a maioria deles revela essas propriedades apenas em temperaturas muito baixas. O politipo específico de TaS2 que usamos pode ter mudanças abruptas na resistência acima da temperatura ambiente. Isso fez uma diferença crucial, "disse Alexander Balandin, Professor da cadeira presidencial da UC de engenharia elétrica e de computação na Bourns College of Engineering da UCR, que liderou a equipe de pesquisa.

p Para proteger o TaS2 de danos ambientais, os pesquisadores o revestiram com outro material 2D, nitrato de boro hexagonal, para prevenir a oxidação. Ao emparelhar o TaS2 tampado com nitreto de boro com grafeno, a equipe construiu um VCO de três camadas que poderia abrir caminho para a eletrônica pós-silício. No design proposto, o grafeno funciona como um resistor de carga ajustável integrado, que permite o controle preciso da tensão da corrente e da frequência VCO. O protótipo de dispositivos UCR operados na frequência MHz usada em rádios, e os processos físicos extremamente rápidos que definem a funcionalidade do dispositivo permitem que a frequência de operação aumente até THz.

p Balandin disse que o sistema integrado é o primeiro exemplo de um dispositivo oscilador controlado por voltagem funcional que compreende materiais 2D que opera em temperatura ambiente.

p “É difícil competir com o silício, que tem sido usado e melhorado nos últimos 50 anos. Contudo, acreditamos que nosso dispositivo mostra uma integração única de três materiais 2D muito diferentes, que utiliza as propriedades intrínsecas de cada um desses materiais. O dispositivo pode se tornar uma alternativa de baixo consumo de energia às tecnologias convencionais de silício em muitas aplicações diferentes, "Balandin disse.

p A função eletrônica do grafeno prevista no dispositivo 2D proposto supera o problema associado à ausência do gap de energia, que até agora impediu o uso do grafeno como o material do canal do transistor. A condutividade térmica extremamente alta do grafeno vem como um benefício adicional na estrutura do dispositivo, facilitando a remoção de calor. As propriedades únicas de condução de calor do grafeno foram descobertas experimentalmente e teoricamente explicadas em 2008 pelo grupo de Balandin na UCR. A Sociedade de Pesquisa de Materiais reconheceu essa conquista inovadora ao conceder a Balandin a Medalha MRS em 2013.

p O grupo Balandin também demonstrou os primeiros dissipadores de calor de grafeno integrados para transistores de alta potência e diodos emissores de luz. "Nessas aplicações, o grafeno foi usado exclusivamente como material condutor de calor. Sua condutividade térmica era a principal propriedade. No presente dispositivo, utilizamos a condutividade elétrica e térmica do grafeno, "Balandin acrescentou.