Los días del cobre están contados, y un nuevo estudio en el Instituto Politécnico Rensselaer podría acelerar la caída del omnipresente metal en los teléfonos inteligentes, tabletas, y casi toda la electrónica. Esta es una buena noticia para los tecnófilos que buscan dispositivos más rápidos.

A medida que las nuevas generaciones de chips informáticos continúan reduciéndose de tamaño, también lo hacen las vías de cobre que transportan electricidad e información alrededor del laberinto de transistores y componentes. Cuando estas vías, llamadas interconexiones, se hacen más pequeñas, se vuelven menos eficientes, consumir más energía, y son más propensos a fallas permanentes.

Para superar este obstáculo, La industria y el mundo académico están investigando enérgicamente nuevos candidatos para suceder al cobre tradicional como el material de elección para las interconexiones en chips de computadora. Un candidato prometedor es el grafeno, una hoja de átomos de carbono del espesor de un átomo dispuesta como una valla de alambre de gallinero a nanoescala. Valorado por los investigadores por sus propiedades únicas, El grafeno es esencialmente una sola capa del grafito que se encuentra comúnmente en nuestros lápices o el carbón que quemamos en nuestras barbacoas.

Dirigido por el profesor Saroj Nayak de Rensselaer, Un equipo de investigadores descubrió que podían mejorar la capacidad del grafeno para transmitir electricidad apilando varias cintas delgadas de grafeno una encima de la otra. El estudio, publicado en la revista ACS Nano , acerca a la industria a la realización de la nanoelectrónica de grafeno y a nombrar al grafeno como el heredero aparente del cobre.

"El grafeno muestra un enorme potencial para su uso en interconexiones, y apilar grafeno muestra una forma viable de producir en masa estas estructuras, "dijo Nayak, profesor del Departamento de Física, Física Aplicada, y Astronomía en Rensselaer. "Las limitaciones de Cooper son evidentes, a medida que las interconexiones de cobre cada vez más pequeñas sufren de flujos de electrones lentos que resultan en más calientes, dispositivos menos confiables. Nuestro nuevo estudio justifica la posibilidad de que pilas de cintas de grafeno puedan tener lo necesario para ser utilizadas como interconexiones en circuitos integrados ".

El estudio, basado en simulaciones cuánticas a gran escala, se llevó a cabo utilizando el Centro Computacional Rensselaer para Innovaciones en Nanotecnología (CCNI), una de las supercomputadoras universitarias más poderosas del mundo.

Las interconexiones de cobre sufren una variedad de problemas no deseados, que se vuelven más prominentes a medida que se reduce el tamaño de las interconexiones. Los electrones viajan lentamente a través de los nanocables de cobre y generan un calor intenso. Como resultado, los electrones "arrastran" átomos de cobre con ellos. Estos átomos mal colocados aumentan la resistencia eléctrica del cable de cobre, y degradan la capacidad del cable para transportar electrones. Esto significa que menos electrones pueden atravesar el cobre con éxito, y los electrones persistentes se expresan como calor. Este calor puede tener efectos negativos tanto en la velocidad como en el rendimiento de un chip de computadora.

En general, se acepta que se debe descubrir y perfeccionar un reemplazo de calidad para el cobre tradicional en los próximos cinco a 10 años para perpetuar aún más la Ley de Moore, un mantra de la industria que establece la cantidad de transistores en un chip de computadora, y así la velocidad del chip, debe duplicarse cada 18 a 24 meses.

El trabajo reciente de Nayak, publicado en la revista ACS Nano, se titula "Efecto del apilamiento de capas sobre la estructura electrónica de las nanocintas de grafeno". Cuando se corta en nanocintas, Se sabe que el grafeno exhibe una banda prohibida, una brecha de energía entre las bandas de valencia y conducción, que es una propiedad poco atractiva para las interconexiones. El nuevo estudio muestra que apilar las nanocintas de grafeno una encima de la otra, sin embargo, podría reducir significativamente esta banda prohibida. El estudio se puede ver en línea en:http://dx.doi.org/10.1021/nn200941u

"El grosor óptimo es una pila de cuatro a seis capas de grafeno, "dijo Neerav Kharche, primer autor del estudio y científico computacional en CCNI. "Apilar más capas más allá de este grosor no reduce más la brecha de banda".

El destino final Nayak dijo:es algún día fabricar microprocesadores, tanto las interconexiones como los transistores, completamente de grafeno. Este objetivo que cambia el juego, llamada integración monolítica, significaría el final de la larga era de las interconexiones de cobre y los transistores de silicio.

"Es probable que este avance aún ocurra muchos años en el futuro, pero sin duda revolucionará la forma en que se diseñan y fabrican casi todas las computadoras y la electrónica, "Dijo Nayak.