Con miras a la próxima generación de dispositivos tecnológicos, un equipo de físicos de la Universidad de Texas en Austin ha tenido la primera visión de lo que sucede dentro de un dispositivo semiconductor atómicamente delgado. Al hacerlo, descubrieron que una función esencial para la computación puede ser posible dentro de un espacio tan pequeño que es efectivamente unidimensional.

En un artículo publicado el 18 de julio en la procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias , los investigadores describen haber visto el funcionamiento interno detallado de un nuevo tipo de transistor que es bidimensional.

Los transistores actúan como bloques de construcción para chips de computadora, enviando los electrones de encendido y apagado necesarios para el procesamiento informático. Las innovaciones tecnológicas futuras requerirán encontrar una forma de instalar más transistores en chips de computadora, por lo que los expertos han comenzado a explorar nuevos materiales semiconductores, incluido uno llamado disulfuro de molibdeno (MoS2). A diferencia de los dispositivos actuales basados ​​en silicio, Los transistores fabricados con el nuevo material permiten la señalización de encendido y apagado en un solo plano.

Keji Lai, un profesor asistente de física, y un equipo descubrió que con este nuevo material, la señalización conductiva ocurre de manera muy diferente que con el silicio, de una manera que pueda promover futuros ahorros de energía en los dispositivos. Piense en los transistores de silicio como bombillas:todo el dispositivo se enciende o apaga a la vez. Con transistores 2-D, por el contrario, Lai y el equipo encontraron que las corrientes eléctricas se mueven de una manera más escalonada, comenzando primero en los bordes antes de aparecer en el interior. Lai dice que esto sugiere que la misma corriente podría enviarse con menos energía y en un espacio aún más pequeño, utilizando un borde unidimensional en lugar del plano bidimensional.

"En física, los estados de borde a menudo conllevan muchos fenómenos interesantes, y aquí, son los primeros en encenderse. En el futuro, si podemos diseñar este material con mucho cuidado, entonces estos bordes pueden transportar toda la corriente, "Lai dice." Realmente no necesitamos todo, porque el interior es inútil. El solo hecho de tener los bordes en funcionamiento para que funcione la corriente reduciría sustancialmente la pérdida de energía ".

Los investigadores han estado trabajando para obtener una visión de lo que sucede dentro de un transistor 2-D durante años para comprender mejor tanto el potencial como las limitaciones de los nuevos materiales. Preparar transistores 2-D para dispositivos comerciales, como computadoras y teléfonos celulares delgados como papel, Se espera que lleve varios años más. Lai dice que los científicos necesitan más información sobre lo que interfiere con el rendimiento de los dispositivos fabricados con los nuevos materiales.

"Estos transistores son perfectamente bidimensionales, "Dice Lai." Eso significa que no tienen algunos de los defectos que ocurren en un dispositivo de silicio. Por otra parte, eso no significa que el nuevo material sea perfecto ".

Lai y su equipo usaron un microscopio que él inventó y que apunta microondas al dispositivo 2-D. Usando una punta de solo 100 nanómetros de ancho, el microscopio de microondas permitió a los científicos ver cambios de conductividad dentro del transistor. Además de ver el movimiento de las corrientes, los científicos encontraron defectos en forma de hilos en el medio de los transistores. Lai dice que esto sugiere que el nuevo material deberá hacerse más limpio para funcionar de manera óptima.

"Si pudiéramos limpiar el material lo suficiente, los bordes llevarán aún más corriente, y el interior no tendrá tantos defectos, "Dice Lai.

Los otros autores del artículo son los investigadores postdoctorales Di Wu y Xiao Li; científico investigador Lan Luan, y los estudiantes graduados Xiaoyu Wu y Zhaodong Chu, y el profesor Qian Niu en el Departamento de Física de UT Austin; y el estudiante de posgrado Wei Li, ex estudiante de posgrado Maruthi N. Yogeesh, investigador postdoctoral Rudresh Ghosh, y el profesor asociado Deji Akinwande del Departamento de Ingeniería Eléctrica e Informática de UT Austin.

A principios de este año, tanto Lai como Akinwande ganaron premios presidenciales de carrera temprana para científicos e ingenieros, el mayor honor del gobierno de los EE. UU. para los científicos e ingenieros en etapa inicial.