En un avance que ayuda a allanar el camino para las tecnologías de computación y electrónica de próxima generación, y posiblemente dispositivos delgados como el papel, los científicos del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley del Departamento de Energía de EE. UU. (Berkeley Lab) desarrollaron una forma de ensamblar químicamente transistores y circuitos que son sólo unos pocos átomos de espesor.

Y lo que es más, su método produce estructuras funcionales a una escala lo suficientemente grande como para comenzar a pensar en aplicaciones del mundo real y escalabilidad comercial.

Informan de su investigación en línea el 11 de julio en la revista. Nanotecnología de la naturaleza .

Los científicos controlaron la síntesis de un transistor en el que se grabaron canales estrechos en grafeno conductor, y un material semiconductor llamado dicalcogenuro de metal de transición, o TMDC, se sembró en los canales en blanco. Ambos materiales son cristales de una sola capa y atómicamente delgados, por lo que el ensamblaje de dos partes produjo estructuras electrónicas que son esencialmente bidimensionales. Además, la síntesis es capaz de cubrir un área de unos pocos centímetros de largo y unos pocos milímetros de ancho.

"Este es un gran paso hacia una forma escalable y repetible de construir componentes electrónicos atómicamente delgados o empacar más potencia de cómputo en un área más pequeña, "dice Xiang Zhang, un científico senior de la División de Ciencias de Materiales de Berkeley Lab que dirigió el estudio.

Zhang también ocupa la Cátedra Ernest S. Kuh en la Universidad de California (UC) Berkeley y es miembro del Instituto Kavli Energy NanoSciences en Berkeley. Otros científicos que contribuyeron a la investigación incluyen Mervin Zhao, Yu Ye, Yang Xia, Hanyu Zhu, Siqi Wang, y Yuan Wang de UC Berkeley, así como Yimo Han y David Muller de la Universidad de Cornell.

Su trabajo es parte de una nueva ola de investigación destinada a mantenerse al día con la Ley de Moore, que sostiene que el número de transistores en un circuito integrado se duplica aproximadamente cada dos años. Para mantener este ritmo, Los científicos predicen que la electrónica integrada pronto requerirá transistores que midan menos de diez nanómetros de longitud.

Los transistores son interruptores electrónicos, por lo que deben poder encenderse y apagarse, que es una característica de los semiconductores. Sin embargo, a escala nanométrica, Los transistores de silicio probablemente no sean una buena opción. Eso es porque el silicio es un material a granel, y a medida que la electrónica hecha de silicio se vuelve cada vez más pequeña, su rendimiento como interruptores disminuye drásticamente, que es un obstáculo importante para la electrónica del futuro.

Los investigadores han buscado cristales bidimensionales que tienen solo una molécula de espesor como materiales alternativos para mantenerse al día con la Ley de Moore. Estos cristales no están sujetos a las limitaciones del silicio.

En esta vena, los científicos del laboratorio de Berkeley desarrollaron una forma de sembrar un semiconductor de una sola capa, en este caso el disulfuro de molibdeno TMDC (MoS2), en canales grabados litográficamente dentro de una hoja de grafeno conductor. Las dos hojas atómicas se encuentran para formar uniones a escala nanométrica que permiten al grafeno inyectar corriente de manera eficiente en el MoS2. Estas uniones forman transistores atómicamente delgados.

"Este enfoque permite el ensamblaje químico de circuitos electrónicos, utilizando materiales bidimensionales, que muestran un rendimiento mejorado en comparación con el uso de metales tradicionales para inyectar corriente en los TMDC, "dice Mervin Zhao, autor principal y Ph.D. estudiante en el grupo de Zhang en Berkeley Lab y UC Berkeley.

Imágenes de microscopía óptica y electrónica, y mapeo espectroscópico, confirmó varios aspectos relacionados con la exitosa formación y funcionalidad de los transistores bidimensionales.

Además, los científicos demostraron la aplicabilidad de la estructura ensamblándola en el circuito lógico de un inversor. Esto subraya aún más la capacidad de la tecnología para sentar las bases de una computadora atómica ensamblada químicamente, dicen los científicos.

"Ambos cristales bidimensionales se han sintetizado en la escala de obleas de forma compatible con la fabricación actual de semiconductores. Al integrar nuestra técnica con otros sistemas de crecimiento, Es posible que la computación futura se pueda hacer completamente con cristales atómicamente delgados, "dice Zhao.