Pradyumna Goli, izquierda, y Alexander Balandin en el laboratorio de nanodispositivos de Balandin.
(Phys.org) —Los investigadores han descubierto que la creación de un "sándwich" de grafeno-cobre-grafeno mejora considerablemente las propiedades conductoras de calor del cobre, un descubrimiento que podría ayudar aún más en la reducción de escala de la electrónica.
El trabajo fue dirigido por Alexander A. Balandin, profesor de ingeniería eléctrica en el Bourns College of Engineering de la Universidad de California, Riverside y Konstantin S. Novoselov, profesor de física en la Universidad de Manchester en el Reino Unido. Balandin y Novoselov son los autores correspondientes del artículo que se acaba de publicar en la revista. Nano letras . En 2010, Novoselov compartió el Premio Nobel de Física con Andre Geim por su descubrimiento del grafeno.
En los experimentos, los investigadores encontraron que agregar una capa de grafeno, un material de un átomo de espesor con componentes eléctricos muy deseables, propiedades térmicas y mecánicas, en cada lado de una película de cobre aumentaron las propiedades de conducción de calor hasta en un 24 por ciento.
"Esta mejora de la capacidad del cobre para conducir el calor podría volverse importante en el desarrollo de interconexiones híbridas de cobre y grafeno para chips electrónicos que continúan haciéndose cada vez más pequeños". "dijo Balandin, quien en 2013 recibió la Medalla MRS de la Materials Research Society por el descubrimiento de propiedades inusuales de conducción de calor del grafeno.
De izquierda a derecha:(1) cobre antes de cualquier procesamiento, (2) cobre después del procesamiento térmico; (3) cobre después de agregar grafeno.
Si las propiedades conductoras de calor del cobre mejorarían al aplicar capas de grafeno es una cuestión importante porque el cobre es el material utilizado para las interconexiones de semiconductores en los chips informáticos modernos. El cobre reemplazó al aluminio debido a su mejor conductividad eléctrica.
Reducir el tamaño de los transistores y las interconexiones y aumentar la cantidad de transistores en los chips de computadora ha ejercido una enorme presión sobre el rendimiento de las interconexiones del cobre. hasta el punto en que hay poco margen de mejora. Por esa razón, existe una fuerte motivación para desarrollar estructuras de interconexión híbridas que puedan conducir mejor la corriente eléctrica y el calor.
En los experimentos llevados a cabo por Balandin y los otros investigadores, se sorprendieron de que la mejora de las propiedades térmicas de las películas de cobre recubiertas de grafeno fuera significativa a pesar de que el grosor del grafeno es de solo un átomo. El rompecabezas se resolvió después de que se dieron cuenta de que la mejora es el resultado de cambios en la nanoestructura y microestructura del cobre. no de la acción del grafeno como un canal conductor de calor adicional.
Después de examinar los tamaños de grano en cobre antes y después de agregar grafeno, el investigador descubrió que la deposición de vapor químico de grafeno realizada a alta temperatura estimula el crecimiento del tamaño de grano en las películas de cobre. Los tamaños de grano más grandes en cobre recubierto con grafeno dan como resultado una mejor conducción de calor.
El montaje experimental y la muestra utilizada en el estudio.
Adicionalmente, Los investigadores encontraron que la mejora de la conducción de calor al agregar grafeno era más pronunciada en películas de cobre más delgadas. Esto es significativo porque la mejora debería mejorar aún más a medida que las futuras interconexiones de cobre se reduzcan al rango de nanómetros, que es 1/1000 del rango del micrómetro.
En el futuro, A Balandin y el equipo les gustaría investigar cómo cambian las propiedades de conducción de calor en películas de cobre de nanómetros de espesor recubiertas con grafeno. También planean desarrollar un modelo teórico más preciso para explicar cómo escala la conductividad térmica con los tamaños de grano.
