A medida que los científicos continúan buscando un material que permita empaquetar más transistores en un chip, Una nueva investigación de la Universidad McGill y la Université de Montréal se suma a la evidencia de que el fósforo negro podría surgir como un candidato fuerte.

En un estudio publicado hoy en Comunicaciones de la naturaleza , los investigadores informan que cuando los electrones se mueven en un transistor de fósforo, lo hacen solo en dos dimensiones. El hallazgo sugiere que el fósforo negro podría ayudar a los ingenieros a superar uno de los grandes desafíos para la electrónica del futuro:diseñar transistores energéticamente eficientes.

"Los transistores funcionan de manera más eficiente cuando son delgados, con electrones moviéndose en solo dos dimensiones, "dice Thomas Szkopek, profesor asociado en el Departamento de Ingeniería Eléctrica e Informática de McGill y autor principal del nuevo estudio. "Nada se vuelve más delgado que una sola capa de átomos".

En 2004, Los físicos de la Universidad de Manchester en el Reino Unido primero aislaron y exploraron las notables propiedades del grafeno, una capa de carbono de un átomo de espesor. Desde entonces, los científicos se han apresurado a investigar una variedad de otros materiales bidimensionales. Uno de ellos es el fósforo negro, una forma de fósforo que es similar al grafito y se puede separar fácilmente en capas atómicas individuales, conocido como fosforeno.

El fosforeno ha despertado un interés creciente porque supera muchos de los desafíos del uso del grafeno en la electrónica. A diferencia del grafeno, que actúa como un metal, El fósforo negro es un semiconductor natural:se puede encender y apagar fácilmente.

"Para reducir la tensión de funcionamiento de los transistores, y así reducir el calor que generan, tenemos que acercarnos cada vez más al diseño del transistor a nivel atómico, ", Dice Szkopek." La caja de herramientas del futuro para los diseñadores de transistores requerirá una variedad de materiales de capas atómicas:un semiconductor ideal, un metal ideal, y un dieléctrico ideal. Los tres componentes deben optimizarse para un transistor bien diseñado. El fósforo negro cumple la función de material semiconductor ".

El trabajo fue el resultado de una colaboración multidisciplinaria entre el grupo de investigación de nanoelectrónica de Szkopek, el laboratorio de nanociencia del profesor de física McGill Guillaume Gervais, y el grupo de investigación de nanoestructuras del Prof. Richard Martel en el Departamento de Química de la Université de Montréal.

Para examinar cómo se mueven los electrones en un transistor de fósforo, los investigadores los observaron bajo la influencia de un campo magnético en experimentos realizados en el Laboratorio Nacional de Alto Campo Magnético en Tallahassee, FLORIDA, el laboratorio de imanes más grande y de mayor potencia del mundo. Esta investigación "proporciona información importante sobre la física fundamental que dicta el comportamiento del fósforo negro, "dice Tim Murphy, Director de instalaciones de campo de DC en las instalaciones de Florida.

"Lo sorprendente de estos resultados es que los electrones pueden ser arrastrados hacia una hoja de carga que es bidimensional, a pesar de que ocupan un volumen de varias capas atómicas de espesor, "Dice Szkopek. Ese hallazgo es significativo porque podría potencialmente facilitar la fabricación del material, aunque en este momento" nadie sabe cómo fabricar este material a gran escala ".

"Existe un gran interés emergente en todo el mundo por el fósforo negro, ", Dice Szkopek." Todavía estamos muy lejos de ver transistores de capa atómica en un producto comercial, pero ahora nos hemos acercado un paso más ".