O futuro da nanoeletrônica está aqui. Uma equipe de pesquisadores do Laboratório de Pesquisa da Força Aérea, Escola de Minas do Colorado, e o Argonne National Laboratory, em Illinois, desenvolveram um novo método para a síntese de um material composto que tem o potencial de melhorar amplamente a eletrônica usada pela Força Aérea.

O material, nitreto de boro hexagonal (hBN), é semelhante ao grafeno e pode ser formado e estabilizado com uma espessura de camadas de um átomo. Esta síntese de hBN de forma controlada camada por camada é crítica para uma série de aplicações, incluindo barreiras de tunelamento, usado em transistores para dispositivos de baixa potência, capacitores atomicamente finos, e transistores bidimensionais (2D), que são menores e usam muito menos energia do que os transistores de silício tradicionais.

"Fabricar dispositivos a partir de camadas 2D atomicamente finas representa o futuro da nanoeletrônica, "afirma o Dr. Michael Snure, Físico pesquisador sênior da AFRL. "Este desenvolvimento aumenta significativamente a densidade do dispositivo, melhorando a flexibilidade e reduzindo significativamente os requisitos de energia. "

Como um material 2D, hBN tem sido de interesse internacional por quase uma década. Pesquisadores da Diretoria de Sensores do AFRL têm trabalhado em métodos experimentais para o desenvolvimento desta tecnologia desde 2013, com o Dr. Snure liderando o esforço. Dr. Stefan Badescu, Físico pesquisador do AFRL, juntou-se à equipe em 2015 para liderar a pesquisa de modelagem computacional que ajudou a equipe a compreender as propriedades do sistema e o mecanismo de crescimento.

Então, como um material composto destinado ao uso em eletrônica pode ser reduzido à espessura de um mero átomo? Por meio de um novo e complexo método de síntese, claro. Usando um processo que envolve a disposição de vapor químico orgânico de metal, a equipe descobriu como controlar o crescimento das camadas de hBN em nanoescala.

O hBN do trabalho do AFRL está sendo usado atualmente no desenvolvimento de protótipos de dispositivos eletrônicos 2D, incluindo transistores e fotodetectores. Contudo, o impacto desse desenvolvimento vai além.

“Ao desenvolver um modelo de crescimento, nosso trabalho beneficia de forma mais ampla o campo da ciência dos materiais nas áreas de crescimento de película fina e disposição de vapor químico, "reflete Badescu." Esta modelagem ajudará a conduzir novas descobertas na síntese de materiais 2D. "

Badescu acrescenta que as aplicações futuras do hBN incluem transistores para comutação e dispositivos lógicos que são flexíveis, transparente, baixa potência, e alta frequência. As próximas etapas são demonstrar a viabilidade de integrar hBN com outros semicondutores 2D, incluindo grafeno e fosforeno.

O trabalho da equipe foi publicado em um artigo por Nano Letras , um jornal científico da American Chemical Society, e a equipe está considerando o depósito de uma patente para a tecnologia e método de síntese, dependendo de experiências futuras bem-sucedidas com combinações de hBN e metais.