Con la primera observación de efectos termoeléctricos en los contactos de grafeno, Investigadores de la Universidad de Illinois encontraron que los transistores de grafeno tienen un efecto de enfriamiento a nanoescala que reduce su temperatura.

Dirigido por el profesor de ingeniería y ciencias mecánicas William King y el profesor de ingeniería eléctrica e informática Eric Pop, el equipo publicará sus hallazgos en la edición en línea anticipada del 3 de abril de la revista Nanotecnología de la naturaleza .

La velocidad y el tamaño de los chips de computadora están limitados por la cantidad de calor que disipan. Toda la electrónica disipa el calor como resultado de que los electrones de la corriente chocan con el material del dispositivo, un fenómeno llamado calentamiento resistivo. Este calentamiento supera a otros efectos termoeléctricos más pequeños que pueden enfriar localmente un dispositivo. Las computadoras con chips de silicio usan ventiladores o agua corriente para enfriar los transistores, un proceso que consume gran parte de la energía necesaria para alimentar un dispositivo.

Los futuros chips de computadora hechos de grafeno (láminas de carbono de 1 átomo de espesor) podrían ser más rápidos que los chips de silicio y funcionar a menor potencia. Sin embargo, Los investigadores han escapado a un conocimiento profundo de la generación y distribución de calor en los dispositivos de grafeno debido a las pequeñas dimensiones involucradas.

El equipo de Illinois utilizó la punta de un microscopio de fuerza atómica como sonda de temperatura para realizar las primeras mediciones de temperatura a escala nanométrica de un transistor de grafeno en funcionamiento. Las mediciones revelaron fenómenos de temperatura sorprendentes en los puntos donde el transistor de grafeno toca las conexiones metálicas. Descubrieron que los efectos de enfriamiento termoeléctrico pueden ser más fuertes en los contactos de grafeno que el calentamiento resistivo. realmente bajando la temperatura del transistor.

"En silicio y la mayoría de los materiales, la calefacción electrónica es mucho más grande que la
autoenfriamiento "King dijo." Sin embargo, encontramos que en estos transistores de grafeno, hay regiones donde el enfriamiento termoeléctrico puede ser más grande que el calentamiento resistivo, lo que permite que estos dispositivos se enfríen solos. Este autoenfriamiento no se había visto anteriormente en dispositivos de grafeno ".

Este efecto de autoenfriamiento significa que la electrónica basada en grafeno podría requerir poco o ningún enfriamiento. engendrando una eficiencia energética aún mayor y aumentando el atractivo del grafeno como reemplazo del silicio.

"La electrónica de grafeno todavía está en pañales; sin embargo, Nuestras mediciones y simulaciones proyectan que los efectos termoeléctricos se mejorarán a medida que mejoren la tecnología del transistor de grafeno y los contactos ", dijo Pop. que también está afiliado al Instituto Beckman de Ciencias Avanzadas, y el Laboratorio de Micro y Nanotecnología de la U. de I.

Próximo, los investigadores planean usar la sonda de temperatura AFM para estudiar el calentamiento y enfriamiento en nanotubos de carbono y otros nanomateriales.