Hélice de um metal de terra rara indescritível pode ajudar a levar a lei de Moore para o próximo nível

hélice de telúrio (Qin et al., Nature Electronics, 2020)

Para colocar cada vez mais poder de computação em seu bolso, os engenheiros precisam encontrar maneiras cada vez mais engenhosas de adicionar transistores a um espaço já lotado.

Infelizmente, há um limite de quão pequeno você pode fazer um fio. Mas uma forma distorcida de metal de terras raras pode ter o que é preciso para empurrar um pouco mais os limites.

Uma equipe de pesquisadores financiados pelo Exército dos EUA descobriu uma maneira de transformar nanofios torcidos de um dos mais raros metais de terras raras, telúrio , em um material com as propriedades certas que o tornam um transistor ideal com apenas alguns nanômetros de diâmetro.



'Este material de telúrio é realmente único', diz Peide Ye , um engenheiro elétrico da Universidade de Purdue.

'Ele constrói um transistor funcional com potencial para ser o menor do mundo.'

Transistores são o cavalo de trabalho de qualquer coisa que computa informações, usando pequenas mudanças encarregado de impedir ou permitir que correntes maiores fluam.

Normalmente feitos de materiais semicondutores, eles podem ser pensados ​​como interseções de tráfego para elétrons. Uma pequena mudança de tensão em um lugar abre a porta para a corrente fluir, servindo tanto como chave quanto como amplificador.

Combinações de chaves abertas e fechadas são as unidades físicas que representam a linguagem binária subjacente à lógica nas operações do computador. Assim, quanto mais você tiver em um ponto, mais operações poderá executar.

Desde o primeiro grosso transistor foi prototipado há pouco mais de 70 anos, uma variedade de métodos e novos materiais levaram ao downsizing regular do transistor.

Na verdade, o encolhimento foi tão regular que o cofundador da gigante dos computadores Intel, George Moore, anotado em 1965 que seguiria uma tendência de transistores dobrando de densidade a cada dois anos.

Hoje, essa tendência diminuiu consideravelmente . Por um lado, mais transistores em um ponto significa mais aquecimento.

Mas também há tantas maneiras de remover átomos de um material e ainda fazê-lo funcionar como um transistor. É aí que entra o telúrio.

Embora não seja exatamente um elemento comum na crosta terrestre, é um semimetal em alta demanda, encontrando um lugar em uma variedade de ligas para melhorar a dureza e ajudá-lo a resistir à corrosão.

Também possui propriedades de um semicondutor; transportando uma corrente em algumas circunstâncias e atuando como um resistor em outras.

Curiosos sobre suas características em nanoescala, os engenheiros desenvolveram cadeias unidimensionais do elemento e as observaram de perto sob um microscópio eletrônico. Surpreendentemente, o 'fio' superfino não era exatamente uma linha de átomos.

“Os átomos de silício parecem retos, mas esses átomos de telúrio são como uma cobra. Este é um tipo muito original de estrutura,' diz sim .

Em uma inspeção mais detalhada, eles descobriram que a cadeia era feita de pares de átomos de telúrio fortemente ligados e, em seguida, empilhados em uma forma de cristal puxado em uma hélice por forças mais fracas. forças de van der Waal .

Construir qualquer tipo de eletrônica a partir de um nanofio enrugado é apenas pedir problemas, então, para dar ao material alguma estrutura, os pesquisadores saíram em busca de algo para encapsulá-lo.

A solução, eles descobriram, foi um nanotubo de nitreto de boro. Não apenas a hélice de telúrio deslizava perfeitamente para dentro, como o tubo agia como um isolante, preenchendo todas as caixas que o tornariam adequado para a vida como um transistor.

Mais importante ainda, todo o fio semicondutor tinha apenas 2 nanômetros de diâmetro, colocando-o na mesma liga que oRecorde de 1 nanômetro estabelecido há alguns anos.

O tempo dirá se a equipe pode espremer ainda mais com menos correntes, ou mesmo se funcionará como esperado em um circuito.

Se funcionar como esperado, poderá contribuir para a próxima geração de eletrônicos miniaturizados,potencialmente reduzindo pela metade o tamanhodos atuais microchips de ponta.

“Em seguida, os pesquisadores otimizarão o dispositivo para melhorar ainda mais seu desempenho e demonstrarão um circuito eletrônico funcional altamente eficiente usando esses minúsculos transistores, potencialmente através da colaboração com pesquisadores da ARL”, diz Joe Qiu , gerente de programa do Escritório de Pesquisa do Exército.

Mesmo que o conceito se concretize, há uma variedade de outros desafios a serem superados pela tecnologia encolhida antes que a encontremos em nossos bolsos.

Embora o telúrio não seja atualmente considerado um recurso escasso, apesar de sua relativa raridade, pode estar em alta demanda em eletrônica futura, como células solares.

Esta pesquisa foi publicada em Eletrônicos da Natureza .

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