Los chips de computadora usan miles de millones de pequeños interruptores, llamados transistores, para procesar la información. Cuantos más transistores hay en un chip, más rápida es la computadora.
Un material con forma de hélice de ADN unidimensional podría empujar aún más los límites en el tamaño de un transistor. El material proviene de un elemento de tierras raras llamado telurio.
Los investigadores descubrieron que el material, encapsulado en un nanotubo hecho de nitruro de boro, ayuda a construir un transistor de efecto de campo con un diámetro de dos nanómetros. Los transistores en el mercado están hechos de silicio más voluminoso y tienen un rango de escala de 10 a 20 nanómetros.
La investigación se publica en la revista Electrónica de la naturaleza . Los ingenieros de la Universidad de Purdue realizaron el trabajo en colaboración con la Universidad Tecnológica de Michigan, la Universidad de Washington en St. Louis y la Universidad de Texas en Dallas.
En los últimos años, los transistores se han construido tan pequeños como unos pocos nanómetros en entornos de laboratorio. El objetivo es construir transistores del tamaño de átomos.
El laboratorio de Peide Ye en Purdue es uno de los muchos grupos de investigación que buscan explotar materiales mucho más delgados que el silicio para lograr transistores más pequeños y de mayor rendimiento.
"Este material de telurio es realmente único. Construye un transistor funcional con el potencial de ser el más pequeño del mundo", dijeron Ye, el profesor Richard J. de Purdue y Mary Jo Schwartz de Ingeniería Eléctrica e Informática.
En 2018, el mismo equipo de investigación de Purdue descubrió el telureno, un material bidimensional derivado del telurio. Descubrieron que los transistores fabricados con este material podían transportar mucha más corriente eléctrica, lo que los hacía más eficientes.
El descubrimiento les hizo sentir curiosidad sobre qué más podría hacer el telurio para los transistores. La capacidad del elemento de tomar la forma de un material ultradelgado en una dimensión podría ayudar a reducir aún más los transistores.
Una forma de reducir los transistores de efecto de campo, el tipo que se encuentra en la mayoría de los dispositivos electrónicos, es construir las puertas que rodean los nanocables más delgados. Estos nanocables están protegidos dentro de los nanotubos.
Jing-Kai Qin y Pai-Ying Liao, estudiantes de doctorado en ingeniería eléctrica e informática de Purdue, dirigieron el trabajo para descubrir cómo hacer que el teluro sea tan pequeño como una sola cadena atómica y luego construir transistores con estas cadenas atómicas o nanocables ultrafinos.
Comenzaron a cultivar cadenas unidimensionales de átomos de teluro. El laboratorio de Wenzhuo Wu en Purdue sintetizó nanocables de teluro desnudos para comparar. Un equipo dirigido por Li Yang en la Universidad de Washington simuló cómo podría comportarse el teluro.
Los investigadores se sorprendieron al descubrir que los átomos en estas cadenas unidimensionales se meneaban. Estas mechas se hicieron visibles a través de imágenes TEM realizadas por Moon Kim en la Universidad de Texas en Dallas y Hai-Yan Wang en Purdue.
"Los átomos de silicio parecen rectos, pero estos átomos de telurio son como una serpiente. Esta es una estructura muy original", dijo Ye.
Los movimientos eran los átomos que se unían fuertemente entre sí en pares para formar cadenas helicoidales similares al ADN, luego se acumulaban a través de fuerzas débiles llamadas interacciones de van der Waals para formar un cristal de teluro.
Estas interacciones de van der Waals separarían el telurio como un material más efectivo para cadenas atómicas individuales o nanocables unidimensionales en comparación con otros porque es más fácil de encajar en un nanotubo, dijo Ye.
Dado que la apertura de un nanotubo no puede ser más pequeña que el tamaño de un átomo, las hélices de teluro de átomos podrían alcanzar nanocables más pequeños y, por lo tanto, transistores más pequeños.
Los investigadores construyeron un transistor con un nanocable de teluro encapsulado en un nanotubo de nitruro de boro, provisto por el laboratorio del profesor de física Yoke Khin Yap en la Universidad Tecnológica de Michigan. Un nanotubo de nitruro de boro de alta calidad aísla eficazmente el teluro, lo que hace posible construir un transistor.
El laboratorio de Xianfan Xu en Purdue caracterizó las propiedades del material con la espectroscopía Raman para evaluar su rendimiento.
"Esta investigación revela más sobre un material prometedor que podría lograr una computación más rápida con un consumo de energía muy bajo usando estos pequeños transistores", dijo Joe Qiu, gerente de programa de la Oficina de Investigación del Ejército de EE. UU., Que financió este trabajo ". Esa tecnología tendríaaplicaciones importantes para el ejército "
El trabajo también fue financiado en parte por la National Science Foundation, la Oficina de Investigación Científica de la Fuerza Aérea y la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa. Los investigadores realizaron experimentos en el Centro de Nanotecnología Birck de Purdue Discovery Park.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Purdue . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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