Los investigadores han descubierto que un material forma una hélice similar al ADN cuando se reduce a una cadena de átomos, como se ve por la línea rosa en este gráfico, encapsulado en un nanotubo. Crédito:Universidad Purdue / Jing-Kai Qin y Pai-Ying Liao
Los chips de computadora usan miles de millones de interruptores diminutos, llamados transistores, para procesar la información. Cuantos más transistores en un chip, cuanto más rápida sea la computadora.
Un material con forma de hélice de ADN unidimensional podría empujar aún más los límites del tamaño de un transistor. El material proviene de un elemento de tierras raras llamado telurio.
Los investigadores encontraron que el material, encapsulado en un nanotubo de nitruro de boro, ayuda a construir un transistor de efecto de campo con un diámetro de dos nanómetros. Los transistores del mercado están hechos de silicio más voluminoso y tienen una escala de entre 10 y 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, Universidad de Washington en St. Louis, y la Universidad de Texas en Dallas.
En los ultimos 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, "dijo Ye, Richard J. y Mary Jo Schwartz, profesora de Purdue 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, haciéndolos más eficientes.
El descubrimiento hizo que sintieran curiosidad por saber qué más podía hacer el telurio por los transistores. La capacidad del elemento para tomar la forma de un material ultradelgado en una dimensión podría ayudar a reducir aún más los transistores.
Una forma de encoger los transistores de efecto de campo, del 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 nanotubos.
Estas plata Las líneas onduladas son cadenas de átomos en el telurio que se comportan como el ADN. Los investigadores no han visto este comportamiento en ningún otro material. Crédito:Universidad de Texas en Dallas / Qingxiao Wang y Moon Kim
Jing-Kai Qin y Pai-Ying Liao, Estudiantes de doctorado en ingeniería eléctrica e informática de Purdue, dirigió el trabajo para descubrir cómo hacer telurio tan pequeño como una sola cadena atómica y luego construir transistores con estas cadenas atómicas o nanocables ultrafinos.
Comenzaron a desarrollar cadenas unidimensionales de átomos de telurio. El laboratorio de Wenzhuo Wu en Purdue sintetizó nanocables de telurio desnudos para compararlos. Un equipo dirigido por Li Yang de la Universidad de Washington simuló cómo podría comportarse el telurio.
Los investigadores se sorprendieron al descubrir que los átomos de estas cadenas unidimensionales se mueven. Estos meneos 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 se ven rectos, pero estos átomos de telurio son como una serpiente. Este es un tipo de estructura muy original, "Vosotros dijiste.
Los meneos eran los átomos que se unían fuertemente entre sí en pares para formar cadenas helicoidales similares al ADN, luego se apilan a través de fuerzas débiles llamadas interacciones de van der Waals para formar un cristal de telurio.
Estas interacciones de van der Waals diferenciarían al telurio como un material más eficaz para cadenas atómicas individuales o nanocables unidimensionales en comparación con otros porque es más fácil de encajar en un nanotubo. Vosotros dijiste.
Dado que la apertura de un nanotubo no puede ser más pequeña que el tamaño de un átomo, Las hélices de telurio de los átomos podrían lograr nanocables más pequeños y, por lo tanto, transistores más pequeños.
Los investigadores construyeron un transistor con un nanoalambre de telurio encapsulado en un nanotubo de nitruro de boro, proporcionado 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 telurio, haciendo posible construir un transistor.
El laboratorio de Xianfan Xu en Purdue caracterizó las propiedades del material con espectroscopía Raman para comparar su rendimiento.
"Esta investigación revela más sobre un material prometedor que podría lograr una computación más rápida con un consumo de energía muy bajo utilizando estos diminutos transistores, "dijo Joe Qiu, gerente de programa de la Oficina de Investigación del Ejército de los EE. UU., que financió este trabajo. "Esa tecnología tendría aplicaciones importantes para el Ejército".
