Uma equipe de pesquisa sino-americana sintetizou pela primeira vez um semicondutor funcional a partir do grafeno, em um possível avanço para a computação super-rápida além dos chips de silício.
O grafeno é um material simples, composto por uma única camada de átomos de carbono, considerado um milhão de vezes mais fino que um fio de cabelo humano. Mas é mais resistente do que quase qualquer outra coisa na natureza e supera o silício quando se trata de potencial eletrônico. Mas até agora alguns factores físicos impediram isto.
Desde que o grafeno foi descoberto em 2004, os cientistas têm tentado utilizá-lo, em combinação com outros materiais de carbono, para conceber um novo tipo de chip que consuma menos energia e funcione mais rapidamente do que qualquer semicondutor existente.
Este feito há muito iludido pode agora estar mais próximo da realidade, de acordo com nanocientistas da Universidade Tianjin da China e do Instituto de Tecnologia da Geórgia , cujas descobertas foram publicadas quarta-feira na revista Nature .
A mídia estatal chinesa saudou o feito como um grande avanço para o uso do grafeno na fabricação de chips.
“Esta pesquisa não apenas manteve a notável estabilidade do grafeno, mas também introduziu novos recursos eletrônicos, abrindo caminho para chips baseados em grafeno”, disse o Science and Technology Daily de Pequim em um artigo na sexta-feira.
O estudo foi conduzido pelos professores Ma Lei, da Universidade de Tianjin, e Walt de Heer, da Georgia Tech. Ambos se concentraram na eletrônica do grafeno e em outros materiais bidimensionais desde que fundaram o Centro Internacional de Nanopartículas e Nanossistemas de Tianjin na Universidade de Tianjin em 2018.
Conhecido como o primeiro material bidimensional estável à temperatura ambiente, a estrutura eletrônica única do grafeno também significa que ele tem bandgap zero, o que significa que não há diferença de energia quando os elétrons nos semicondutores saltam entre as bandas baixa e alta. Se não houver diferença de energia não há possibilidade de utilizar o material como semicondutor. A falta desta lacuna natural prejudica as capacidades semicondutoras do grafeno, tornando-o menos adequado para dispositivos eletrônicos.
Superar esse desafio sem perder as propriedades intrínsecas do grafeno é um passo crítico para seu uso prático em eletrônica. “A razão pela qual nossa pesquisa é apreciada é que ela pode realmente tornar a eletrônica de grafeno prática no futuro e remover o maior obstáculo”.
O novo método cria uma camada especial no grafeno que gera o espaço necessário para os elétrons e permite que eles se movam muito rapidamente, muito mais rápido do que no silício e materiais similares.
Este é um grande avanço para o uso do grafeno em dispositivos eletrônicos, conferindo-lhe as propriedades certas para funcionar bem como semicondutor. Para fazer esta descoberta, Ma e a sua equipa utilizaram um método denominado recozimento de quase-equilíbrio, que envolve aquecer e arrefecer cuidadosamente um material para alterar a sua estrutura. O processo começa aquecendo um substrato de carboneto de silício em um forno e depois mantendo-o em diversas temperaturas por períodos específicos. Isso cria superfícies lisas e planas, ideais para adicionar uma camada conhecida como “epigrafeno”. Esta camada é crucial porque introduz o gap de elétrons necessário, tornando o grafeno adequado para dispositivos eletrônicos. Além disso, garante que o grafeno seja forte e fácil de processar, prometendo ampla aplicação comercial em dispositivos eletrônicos.
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