p A próxima geração de eletrônicos cheios de recursos e com eficiência energética exigirá chips de computador com apenas alguns átomos de espessura. Por todos os seus atributos positivos, o confiável silício não pode nos levar a esses extremos ultrafinos. p Agora, engenheiros elétricos em Stanford identificaram dois semicondutores - disseleneto de háfnio e disseleneto de zircônio - que compartilham ou mesmo excedem algumas das características desejáveis ​​do silício, começando com o fato de que todos os três materiais podem "enferrujar".

p "É um pouco como ferrugem, mas uma ferrugem muito desejável, "disse Eric Pop, um professor associado de engenharia elétrica, que foi coautor com o pós-doutorando Michal Mleczko um artigo que aparece na revista Avanços da Ciência .

p Os novos materiais também podem ser reduzidos a circuitos funcionais com apenas três átomos de espessura e requerem menos energia do que os circuitos de silício. Embora ainda experimental, os pesquisadores disseram que os materiais podem ser um passo em direção aos tipos de diluente, chips mais eficientes em termos de energia exigidos pelos dispositivos do futuro.

p Pontos fortes do silício

p O silício tem várias qualidades que o levaram a se tornar a base da eletrônica, Pop explicou. Uma é que ele é abençoado com um isolante "nativo" muito bom, dióxido de silício ou, Em inglês simples, ferrugem do silício. A exposição do silício ao oxigênio durante a fabricação oferece aos fabricantes de chips uma maneira fácil de isolar seus circuitos. Outros semicondutores não "enferrujam" em bons isolantes quando expostos ao oxigênio, então eles devem ser revestidos com isoladores adicionais, uma etapa que apresenta desafios de engenharia. Ambos os disselenídeos que o grupo de Stanford testou formaram este elusivo, ainda camada de ferrugem isolante de alta qualidade quando exposto ao oxigênio.

p Não apenas os dois semicondutores ultrafinos enferrujam, eles fazem isso de uma forma ainda mais desejável do que o silício. Eles formam os chamados isoladores de "alto K", que permitem operação com menor potência do que é possível com o silício e seu isolador de óxido de silício.

p À medida que os pesquisadores de Stanford começaram a reduzir os disselenetos à espessura atômica, eles perceberam que esses semicondutores ultrafinos compartilham outra das vantagens secretas do silício:a energia necessária para ligar os transistores - uma etapa crítica na computação, chamado de intervalo de banda - está na faixa certa. Muito baixo e os circuitos vazam e se tornam não confiáveis. Muito alto e o chip consome muita energia para operar e se torna ineficiente. Ambos os materiais estavam na mesma faixa ideal do silício.

p Tudo isso e os disselenídeos também podem ser transformados em circuitos de apenas três átomos de espessura, ou cerca de dois terços de um nanômetro, algo que o silício não pode fazer.

p "Os engenheiros não conseguiram fazer transistores de silício mais finos do que cerca de cinco nanômetros, antes que as propriedades do material comecem a mudar de maneiras indesejáveis, "Pop disse.

p A combinação de circuitos mais finos e o desejável isolamento de alto K significa que esses semicondutores ultrafinos poderiam ser transformados em transistores 10 vezes menores do que qualquer coisa possível com o silício hoje.

p "O silício não irá embora. Mas para os consumidores, isso pode significar uma vida útil da bateria muito mais longa e uma funcionalidade muito mais complexa se esses semicondutores puderem ser integrados ao silício, "Pop disse.

p Mais trabalho a fazer

p Há muito trabalho pela frente. Primeiro, Mleczko e Pop devem refinar os contatos elétricos entre os transistores em seus circuitos de disseleneto ultrafinos. "Essas conexões sempre foram um desafio para qualquer novo semicondutor, e a dificuldade torna-se maior à medida que reduzimos os circuitos à escala atômica, "Mleczko disse.

p Eles também estão trabalhando para controlar melhor os isoladores oxidados para garantir que permaneçam o mais finos e estáveis ​​possíveis. Último, mas não menos importante, somente quando essas coisas estiverem em ordem, eles começarão a se integrar com outros materiais e, em seguida, aumentar para wafers funcionais, circuitos complexos e, eventualmente, sistemas completos.

p "Há mais pesquisas para fazer, mas um novo caminho para mais fino, circuitos menores - e eletrônicos com maior eficiência energética - estão ao nosso alcance, "Pop disse.