p Por mais de 50 anos, fabricantes de chips de silício desenvolveram maneiras criativas de ligar e desligar a eletricidade, gerando os digitais uns e zeros que codificam as palavras, As fotos, filmes e outras formas de dados. p Mas enquanto os pesquisadores pensam sobre a eletrônica nos próximos 50 anos, eles começaram a olhar além do silício para novos tipos de materiais que ocorrem em camadas únicas com apenas três átomos de espessura - muito mais finos do que os chips de silício modernos - ainda são capazes de controlar a eletricidade de forma mais eficiente para criar aqueles digitais e zeros.

p Agora, uma equipe liderada pelo professor associado de engenharia elétrica de Stanford, Eric Pop, demonstrou como pode ser possível produzir em massa esses materiais e eletrônicos atomicamente finos. Por que isso seria útil? Como esses materiais finos também seriam transparentes e flexíveis, de maneiras que possibilitariam dispositivos eletrônicos que não seriam possíveis de fazer com silício.

p "E se a sua janela também fosse uma televisão, ou você poderia ter um display heads-up no para-brisa do seu carro? "perguntou Kirby Smithe, um estudante de graduação da equipe de Pop, sugerindo aplicações eletrônicas que os novos materiais possam viabilizar.

p Smithe, Pop e co-autores Chris English e Saurabh Suryavanshi, ambos alunos de pós-graduação no laboratório de Pop, descreveram seu trabalho na revista 2D Materials, que se dedica à pesquisa de atomicamente finos, dispositivos bidimensionais.

p Teoria em realidade

p O objetivo da equipe era desenvolver um processo de fabricação para transformar chips de camada única em realidades práticas. O primeiro material atomicamente fino foi medido em 2004, quando cientistas observaram que o grafeno - um material relacionado ao "chumbo" dos lápis - poderia ser isolado em camadas da espessura de um único átomo de carbono. Os cientistas que fizeram essa descoberta compartilharam o Prêmio Nobel de Física de 2010.

p Mas o processo usado para fazer essa descoberta - os cientistas retiraram camadas de grafeno de uma rocha usando fita adesiva - foi inútil para transformar cristais ultrafinos em eletrônicos de última geração.

p Na esteira da descoberta do grafeno, engenheiros embarcaram em uma busca para encontrar materiais semelhantes e, mais importante, maneiras práticas de transformar interruptores atomicamente finos em circuitos.

p É na questão da capacidade de fabricação que os membros da equipe de Stanford fizeram um grande avanço. Eles começaram com uma única camada de material chamada dissulfeto de molibdênio. O nome descreve sua estrutura semelhante a um sanduíche:uma folha de átomos de molibdênio entre duas camadas de enxofre. Pesquisas anteriores mostraram que o dissulfeto de molibdênio foi uma boa opção, controlando eletricidade para criar uns e zeros digitais.

p Aumentando a escala

p A questão era se a equipe poderia fabricar um cristal de dissulfeto de molibdênio grande o suficiente para formar um chip. Isso requer a construção de um cristal aproximadamente do tamanho de sua miniatura. Isso pode não parecer grande coisa até que você considere a proporção do cristal necessária:um chip com apenas três átomos de espessura, mas o tamanho da sua miniatura é como uma única folha de papel grande o suficiente para cobrir todo o campus de Stanford.

p A equipe de Stanford fabricou essa folha depositando três camadas de átomos em uma estrutura cristalina 25 milhões de vezes mais larga do que espessa. Smithe conseguiu isso fazendo refinamentos engenhosos em um processo de fabricação chamado deposição química de vapor. Essa abordagem essencialmente incinera pequenas quantidades de enxofre e molibdênio até que os átomos evaporem como fuligem. Os átomos então se depositam como uma camada cristalina ultrafina em um substrato de "alça", que pode ser vidro ou mesmo silício.

p Contudo, o trabalho dos pesquisadores não foi feito. Eles ainda tinham que padronizar o material em interruptores elétricos e entender sua operação. Por esta, eles fizeram uso de um avanço recente liderado por ingleses, que descobriu que condições de deposição extremamente limpas são essenciais para formar bons contatos metálicos com as camadas de dissulfeto de molibdênio. A riqueza de novos dados experimentais disponíveis agora no laboratório também permitiu a Suryavanshi criar modelos de computador precisos dos novos materiais e começar a prever seu comportamento coletivo como componentes do circuito.

p "Temos muito trabalho pela frente para dimensionar este processo em circuitos com escalas maiores e melhor desempenho, "Pop disse." Mas agora temos todos os blocos de construção. "

p Gravando os interruptores

p Durante a fabricação de chips, os circuitos devem ser gravados no material. Para demonstrar como uma grande escala, processo de fabricação de chip de camada única pode realizar esta etapa no futuro, a equipe usou ferramentas de gravação padrão para cortar o logotipo de Stanford em seu protótipo. E então, para se divertir um pouco com um projeto que eles concluíram durante uma campanha eleitoral nacional, eles esculpiram retratos em nanoescala dos dois principais candidatos do partido em sua tela atomicamente fina.

p Pop disse que a equipe de Stanford foi inspirada a fazer isso por pesquisadores que fizeram algo semelhante durante o ciclo eleitoral de 2008, quando eles criaram "nanobama" - imagens minúsculas do então presidente eleito Barack Obama usando nanotubos de carbono. Os nanotubos são outra tecnologia de chip de próxima geração em potencial; os pesquisadores desse projeto usaram o nanobama como forma de chamar a atenção para a capacidade dos tecnólogos de fabricar objetos quase inimaginavelmente minúsculos.

p "Muitas pessoas estão interessadas em eletrônicos porque a tecnologia é útil, "Pop disse." Mas esperamos que o nanotrump e o nanoclinton possam ampliar o interesse na pesquisa. Talvez ver retratos gravados em uma tela de três átomos de espessura inspire futuros pesquisadores de maneiras que nem podemos imaginar ainda. "