El material de grafeno de un solo átomo de espesor mantiene su alta conductividad térmica cuando está soportado por un sustrato, un paso crítico para hacer avanzar el material de un fenómeno de laboratorio a un componente útil en una gama de dispositivos nanoelectrónicos, informan los investigadores en la edición del 9 de abril de la revista Science.

El equipo de ingenieros y físicos teóricos de la Universidad de Texas en Austin, Boston College, y la Comisión de Energía Atómica de Francia informan que la hoja superdelgada de átomos de carbono, tomada del grafito material tridimensional, puede transferir calor con más del doble de eficiencia que las películas delgadas de cobre y más de 50 veces mejor que las películas delgadas de silicio.

Desde su descubrimiento en 2004, El grafeno ha sido visto como un nuevo material electrónico prometedor porque ofrece una movilidad superior de electrones. Resistencia mecánica y conductividad térmica. Estas características son cruciales a medida que los dispositivos electrónicos se vuelven cada vez más pequeños, presentando a los ingenieros el problema fundamental de mantener los dispositivos lo suficientemente fríos para operar de manera eficiente.

La investigación avanza en la comprensión del grafeno como un candidato prometedor para alejar el calor de los "puntos calientes" que se forman en los estrechos espacios de los dispositivos construidos en las escalas micro y nano. Desde un punto de vista teórico, el equipo también desarrolló una nueva visión de cómo fluye el calor en el grafeno.

Cuando está suspendido, el grafeno tiene una conductividad térmica extremadamente alta de 3, 000 a 5, 000 vatios por metro por Kelvin. Pero para aplicaciones prácticas, la red de grafeno similar a una malla de gallinero estaría unida a un sustrato. El equipo descubrió que el grafeno soportado todavía tiene una conductividad térmica de hasta 600 vatios por metro por Kelvin cerca de la temperatura ambiente. Que supera con creces las conductividades térmicas del cobre, aproximadamente 250 vatios, y silicio, solo 10 vatios, películas delgadas que se utilizan actualmente en dispositivos electrónicos.

La pérdida de transferencia de calor es el resultado de la interacción del grafeno con el sustrato, que interfiere con las ondas vibratorias de los átomos de grafeno cuando chocan contra el sustrato adyacente, según el coautor David Broido, Profesor de Física del Boston College.

La conclusión se extrajo con la ayuda de modelos teóricos anteriores sobre la transferencia de calor dentro del grafeno suspendido, Broido dijo. Trabajando con el ex estudiante graduado de BC Lucas Lindsay, ahora instructor en la Universidad Christopher Newport, y Natalio Mingo de la Comisión de Energía Atómica de Francia, Broido volvió a examinar el modelo teórico ideado para explicar el rendimiento del grafeno suspendido.

"Como teóricos, estamos mucho más separados del dispositivo o del lado de la ingeniería. Estamos más enfocados en los fundamentos que explican cómo fluye la energía a través de una hoja de grafeno. Tomamos nuestro modelo existente para grafeno suspendido y expandimos el modelo teórico para describir esta interacción que tiene lugar entre el grafeno y el sustrato y la influencia en el movimiento del calor a través del material y, por último, es conductividad térmica ".

Además de su fuerza superior, movilidad de electrones y conductividad térmica, el grafeno es compatible con dispositivos de transistores de silicio de película fina, una característica crucial si el material se va a utilizar a bajo costo, producción en masa. Los dispositivos nanoelectrónicos de grafeno tienen el potencial de consumir menos energía, funcionar más fresco y de manera más confiable, y funcionan más rápido que la generación actual de dispositivos de cobre y silicio.