Em um avanço que ajuda a pavimentar o caminho para a eletrônica de próxima geração e tecnologias de computação - e possivelmente dispositivos finos como papel -, cientistas do Lawrence Berkeley National Laboratory do Departamento de Energia dos EUA (Berkeley Lab) desenvolveram uma maneira de montar quimicamente transistores e circuitos que são apenas alguns átomos de espessura.

O que mais, seu método produz estruturas funcionais em uma escala grande o suficiente para começar a pensar sobre aplicativos do mundo real e escalabilidade comercial.

Eles relatam sua pesquisa online em 11 de julho no jornal Nature Nanotechnology .

Os cientistas controlaram a síntese de um transistor no qual canais estreitos foram gravados no grafeno condutor, e um material semicondutor denominado dichalcogeneto de metal de transição, ou TMDC, foi semeado nos canais em branco. Ambos os materiais são cristais de camada única e atomicamente finos, portanto, a montagem de duas partes produziu estruturas eletrônicas que são essencialmente bidimensionais. Além disso, a síntese é capaz de cobrir uma área de alguns centímetros de comprimento e alguns milímetros de largura.

"Este é um grande passo em direção a uma maneira escalonável e repetível de construir eletrônicos atomicamente finos ou empacotar mais poder de computação em uma área menor, "diz Xiang Zhang, um cientista sênior da Divisão de Ciências de Materiais do Berkeley Lab que liderou o estudo.

Zhang também possui a cadeira com dotação Ernest S. Kuh na University of California (UC) Berkeley e é membro do Kavli Energy NanoSciences Institute em Berkeley. Outros cientistas que contribuíram para a pesquisa incluem Mervin Zhao, Yu Ye, Yang Xia, Hanyu Zhu, Siqi Wang, e Yuan Wang da UC Berkeley, bem como Yimo Han e David Muller da Cornell University.

O trabalho deles faz parte de uma nova onda de pesquisa que visa acompanhar a Lei de Moore, que sustenta que o número de transistores em um circuito integrado dobra aproximadamente a cada dois anos. Para manter esse ritmo, os cientistas preveem que a eletrônica integrada em breve exigirá transistores que medem menos de dez nanômetros de comprimento.

Transistores são interruptores eletrônicos, então eles precisam ser capazes de ligar e desligar, que é uma característica dos semicondutores. Contudo, na escala nanométrica, transistores de silício provavelmente não serão uma boa opção. Isso porque o silício é um material a granel, e conforme os eletrônicos feitos de silício se tornam cada vez menores, seu desempenho à medida que os interruptores diminuem drasticamente, que é um grande obstáculo para a eletrônica do futuro.

Os pesquisadores buscaram cristais bidimensionais com apenas uma molécula de espessura como materiais alternativos para cumprir a Lei de Moore. Esses cristais não estão sujeitos às restrições do silício.

Nessa veia, os cientistas do Berkeley Lab desenvolveram uma maneira de semear um semicondutor de camada única, neste caso, o dissulfeto de molibdênio TMDC (MoS2), em canais gravados litograficamente dentro de uma folha de grafeno condutor. As duas folhas atômicas se encontram para formar junções em escala nanométrica que permitem ao grafeno injetar corrente de forma eficiente no MoS2. Essas junções fazem transistores atomicamente finos.

“Esta abordagem permite a montagem química de circuitos eletrônicos, usando materiais bidimensionais, que mostram um desempenho melhorado em comparação com o uso de metais tradicionais para injetar corrente em TMDCs, "diz Mervin Zhao, um autor principal e Ph.D. estudante do grupo de Zhang no Berkeley Lab e na UC Berkeley.

Imagens de microscopia óptica e eletrônica, e mapeamento espectroscópico, confirmou vários aspectos relacionados à formação e funcionalidade bem-sucedidas dos transistores bidimensionais.

Além disso, os cientistas demonstraram a aplicabilidade da estrutura montando-a no circuito lógico de um inversor. Isso reforça ainda mais a capacidade da tecnologia de estabelecer as bases para um computador atômico montado quimicamente, os cientistas dizem.

"Ambos os cristais bidimensionais foram sintetizados na escala do wafer de uma forma que é compatível com a atual fabricação de semicondutores. Integrando nossa técnica com outros sistemas de crescimento, é possível que a computação futura seja feita completamente com cristais atomicamente finos, "diz Zhao.