Investigadores de la Universidad de Illinois en Chicago describen una nueva técnica para medir con precisión la temperatura y el comportamiento de nuevos materiales bidimensionales que permitirán a los ingenieros diseñar microprocesadores más pequeños y más rápidos. Sus hallazgos se informan en la revista Cartas de revisión física .
Los materiales bidimensionales recientemente desarrollados, como el grafeno, que consiste en una sola capa de átomos de carbono, tienen el potencial de reemplazar los chips de microprocesamiento tradicionales basados en silicio, que han alcanzado el límite de cuán pequeños pueden llegar a ser.Los ingenieros se han visto obstaculizados por la incapacidad de medir cómo afectará la temperatura a estos nuevos materiales, conocidos colectivamente como dichoslcogenuros de metales de transición o TMD.
Utilizando microscopía electrónica de transmisión de barrido combinada con espectroscopía, los investigadores de la UIC pudieron medir la temperatura de varios materiales bidimensionales a nivel atómico, allanando el camino para microprocesadores mucho más pequeños y más rápidos. También pudieron usar su técnica paramida cómo se expandirían los materiales bidimensionales cuando se calientan.
"Los chips de microprocesamiento en las computadoras y otros dispositivos electrónicos se calientan mucho, y necesitamos poder medir no solo qué tan calientes pueden calentarse, sino cuánto se expandirá el material cuando se calienta", dijo Robert Klie, profesor de física en la UICy autor correspondiente del artículo: "Saber cómo se expandirá un material es importante porque si un material se expande demasiado, las conexiones con otros materiales, como cables metálicos, pueden romperse y el chip no sirve para nada".
Las formas tradicionales de medir la temperatura no funcionan en pequeñas escamas de materiales bidimensionales que se usarían en microprocesadores porque son demasiado pequeñas. Las mediciones ópticas de temperatura, que usan una luz láser reflejada para medir la temperatura, no puedenusado en chips TMD porque no tienen suficiente área de superficie para acomodar el rayo láser.
"Necesitamos entender cómo se acumula el calor y cómo se transmite en la interfaz entre dos materiales para construir microprocesadores eficientes que funcionen", dijo Klie.
Klie y sus colegas idearon una forma de tomar mediciones de temperatura de TMD a nivel atómico mediante microscopía electrónica de transición de barrido, que utiliza un haz de electrones transmitidos a través de una muestra para formar una imagen.
"Usando esta técnica, podemos concentrarnos y medir la vibración de átomos y electrones, que es esencialmente la temperatura de un solo átomo en un material bidimensional", dijo Klie. La temperatura es una medida de la energía cinética promediode los movimientos aleatorios de las partículas, o átomos que forman un material. A medida que un material se calienta, la frecuencia de la vibración atómica aumenta. En el cero absoluto, la temperatura teórica más baja, todo el movimiento atómico se detiene.
Klie y sus colegas calentaron "escamas" microscópicas de varios TMD dentro de la cámara de un microscopio electrónico de transmisión de exploración a diferentes temperaturas y luego apuntaron el haz de electrones del microscopio hacia el material. Utilizando una técnica llamada espectroscopía de pérdida de energía electrónica, pudieronpara medir la dispersión de electrones de los materiales bidimensionales causados por el haz de electrones. Los patrones de dispersión se ingresaron en un modelo de computadora que los tradujo en mediciones de las vibraciones de los átomos en el material, en otras palabras, la temperatura deel material a nivel atómico
"Con esta nueva técnica, podemos medir la temperatura de un material con una resolución que es casi 10 veces mejor que los métodos convencionales", dijo Klie. "Con este nuevo enfoque, podemos diseñar mejores dispositivos electrónicos que serán menos propensossobrecalentar y consumir menos energía "
La técnica también se puede usar para predecir cuánto material se expandirá cuando se calienta y se contraerá cuando se enfríe, lo que ayudará a los ingenieros a construir chips que son menos propensos a romperse en los puntos donde un material toca a otro, como cuando un material bidimensionalel chip hace contacto con un cable.
"Ningún otro método puede medir este efecto en la resolución espacial que informamos", dijo Klie. "Esto permitirá a los ingenieros diseñar dispositivos que puedan gestionar los cambios de temperatura entre dos materiales diferentes a nivel de nanoescala".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Illinois en Chicago . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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