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  • Avanzando en el grafeno para la lógica informática posterior al silicio:los investigadores son pioneros en un nuevo enfoque para los circuitos lógicos del grafeno

    Esta es la imagen de microscopía electrónica de barrido del dispositivo de grafeno utilizado en el estudio. La barra de escala es un micrómetro. El logo de la UCR al lado está implementado con grafeno grabado. Crédito:Universidad de California, Orilla

    Un equipo de investigadores de la Universidad de California, El Bourns College of Engineering de Riverside ha resuelto un problema que anteriormente presentaba un serio obstáculo para el uso de grafeno en dispositivos electrónicos.

    Imagen de microscopía electrónica de barrido del dispositivo de grafeno utilizado en el estudio. La barra de escala es un micrómetro. El logo de la UCR al lado está implementado con grafeno grabado.

    El grafeno es un cristal de carbono de un solo átomo de espesor con propiedades únicas beneficiosas para la electrónica que incluyen una movilidad de electrones extremadamente alta y conductividad térmica fonónica. Sin embargo, el grafeno no tiene una banda prohibida de energía, que es una propiedad específica de los materiales semiconductores que separa los electrones de los huecos y permite que un transistor implementado con un material dado se apague por completo.

    Un transistor implementado con grafeno será muy rápido, pero sufrirá corrientes de fuga y disipación de potencia mientras esté apagado debido a la ausencia de la banda prohibida de energía. Los esfuerzos para inducir una banda prohibida en el grafeno a través del confinamiento cuántico o la funcionalización de la superficie no han dado como resultado un gran avance. Eso dejó a los científicos preguntándose si las aplicaciones del grafeno en circuitos electrónicos para el procesamiento de información eran factibles.

    El equipo de UC Riverside:Alexander Balandin y Roger Lake, ambos profesores de ingeniería eléctrica, Alexander Khitun, profesor adjunto de ingeniería eléctrica, y Guanxiong Liu y Sonia Ahsan, ambos obtuvieron su doctorado en UC Riverside mientras trabajaban en esta investigación, ha eliminado esa duda.

    "La mayoría de los investigadores han intentado cambiar el grafeno para que se parezca más a los semiconductores convencionales para aplicaciones en circuitos lógicos, ", Dijo Balandin." Esto generalmente resulta en la degradación de las propiedades del grafeno. Por ejemplo, los intentos de inducir una brecha de banda de energía comúnmente dan como resultado una disminución de la movilidad de los electrones sin que esto suceda en una brecha de banda suficientemente grande ".

    "Decidimos adoptar un enfoque alternativo, ", Dijo Balandin." En lugar de intentar cambiar el grafeno, cambiamos la forma en que se procesa la información en los circuitos ".

    El equipo de la UCR demostró que la resistencia diferencial negativa observada experimentalmente en transistores de efecto de campo de grafeno permite la construcción de arquitecturas computacionales no booleanas viables con el grafeno sin brechas. La resistencia diferencial negativa, observada bajo ciertos esquemas de polarización, es una propiedad intrínseca del grafeno que resulta de su estructura de banda simétrica. Se puede acceder a la versión avanzada del documento con los hallazgos de UCR en http://arxiv.org/abs/1308.2931.

    Lógica digital moderna, que se usa en computadoras y teléfonos celulares, se basa en el álgebra de Boole implementada en circuitos basados ​​en interruptores de semiconductores. Utiliza ceros y unos para codificar y procesar la información. Sin embargo, la lógica booleana no es la única forma de procesar la información. El equipo de UC Riverside propuso utilizar características específicas de voltaje de corriente del grafeno para construir la arquitectura lógica no booleana, que utiliza los principios de las redes no lineales.

    Los transistores de grafeno para este estudio fueron construidos y probados por Liu en el Laboratorio de Nanodispositivos de Balandin en UC Riverside. Los procesos físicos que conducen a características eléctricas inusuales fueron simulados utilizando modelos atomísticos de Ahsan, que estaba trabajando debajo del lago. Khitun brindó experiencia en arquitecturas lógicas no booleanas.

    El modelo atomístico realizado en el grupo de Lake muestra que la resistencia diferencial negativa aparece no solo en dispositivos de grafeno de tamaño microscópico sino también a escala nanométrica. lo que permitiría la fabricación de circuitos extremadamente pequeños y de baja potencia.

    El enfoque propuesto para los circuitos de grafeno presenta un cambio conceptual en la investigación del grafeno e indica una ruta alternativa para las aplicaciones del grafeno en el procesamiento de información según el equipo de UC Riverside.


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