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domingo, 11 de setembro de 2016

PELA 1° VEZ, NANOTUBOS DE CARBONO ULTRAPASSAM A PERFORMANCE DO SILÍCIO

Há décadas, cientistas procuram formas eficazes de aproveitar as propriedades únicas de nanotubos de carbono para criar eletrônicos de alto desempenho, mais rápidos ou que consumam menos da vida útil da bateria do que os materiais atuais. Esse avanço é importante porque levaria a uma comunicação sem fio mais rápida e a maior processamento de velocidade para dispositivos como smartphones e laptops. Porém, uma série de desafios têm impedido o desenvolvimento de transistores de nanotubos de carbono – com apenas um átomo de espessura – de alta performance. Consequentemente, o seu desempenho tem ficado muito atrás de semicondutores de arsenieto de gálio e de silício, largamente usados hoje em eletrônicos. Agora, pela primeira vez, engenheiros de materiais da Universidade de Wisconsin-Madison (EUA) criaram transistores de nanotubos de carbono que superam os de silício. A equipe chegou a um transistor 1,9 vezes melhor do que os atuais. Os resultados foram publicados na revista Science. “Esta conquista tem sido um sonho da nanotecnologia pelos últimos 20 anos”, disse um dos principais autores do estudo, Michael Arnold. “Fazer transistores de nanotubos de carbono melhores do que os transistores de silício é um grande marco. Este avanço no desempenho é um avanço crítico em relação a explorar nanotubos de carbono na lógica, comunicações de alta velocidade e outras tecnologias de eletrônica”. Os novos transistores são particularmente promissores para tecnologias de comunicação sem fio que requerem uma grande quantidade de corrente fluindo através de uma área relativamente pequena. Transistores de nanotubos de carbono devem ser capazes de realizar cinco vezes mais rápido ou usar cinco vezes menos energia do que os transistores de silício, de acordo com a extrapolação feita a partir de medições de nanotubos individuais. Suas dimensões ultrapequenas tornam possível a alteração rápida de um sinal correndo através dele, o que poderia levar a ganhos substanciais na largura de banda de dispositivos de comunicação sem fio. No entanto, os pesquisadores têm tido dificuldade para isolar nanotubos de carbono de impurezas metálicas que agem como fios de cobre e interrompem suas propriedades como semicondutores. A equipe do novo estudo usou polímeros para selecionar somente os nanotubos semicondutores, alcançando uma solução com alta pureza. “Nós identificamos as condições específicas em que você pode se livrar de quase todos os nanotubos metálicos, onde temos menos de 0,01% de nanotubos metálicos”, explicou Arnold. A colocação e o alinhamento dos nanotubos também é difícil de controlar. Para fazer um bom transistor, os nanotubos precisam ser alinhados na ordem certa, com o espaçamento certo. Em 2014, os pesquisadores da mesma universidade superaram esse desafio quando anunciaram uma técnica de automontagem flutuante. Os nanotubos devem fazer contato elétrico com os eletrodos de metal do transistor. Como o polímero que os pesquisadores utilizaram para isolar os nanotubos também funciona como uma camada isolante entre os nanotubos e os eletrodos, a equipa “cozinhou” as matrizes de nanotubos numa estufa de vácuo para remover a camada de isolamento. “Em nossa pesquisa, nós mostramos que podemos, simultaneamente, superar todos os desafios de trabalhar com nanotubos, o que nos permitiu criar esses inovadores transistores que ultrapassam os de silício e de arsenieto de gálio”, concluiu Arnold. Os cientistas compararam o seu transistor de nanotubos de carbono contra um transistor de silício do mesmo tamanho, geometria e corrente de fuga, a fim de fazer uma análise justa. Eles continuam a trabalhar na adaptação do seu dispositivo para coincidir com a geometria usada em transistores de silício, que ficam menores a cada nova geração. Embora os pesquisadores já tenham escalado a tecnologia para chips de menos de três centímetros, eles querem escalar o processo para produção comercial. No geral, é emocionante ter finalmente chegado ao ponto no qual os pesquisadores podem explorar os nanotubos para atingir ganhos de desempenho semelhantes aos de tecnologias atuais. “Houve um monte de propaganda sobre nanotubos de carbono que não se tornou realidade, e azedou as perspectivas de muitas pessoas”, afirma Arnold. “Mas achamos que a empolgação é merecida. Só levou décadas de trabalho para a ciência nos permitir aproveitar de forma eficaz este material”. fonte: phys.org/news/2016-09-carbon-nanotube-transistors-outperform-silicon.amp

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