Imagen microscópica de un dispositivo electrónico fabricado con nanocintas 1D ZrTe3. El canal de nanocintas se indica en color verde. Los contactos de metal se muestran en color amarillo. Tenga en cuenta que debido al grosor de la escala nanométrica, los contactos de metal amarillo parecen estar debajo del canal verde, mientras que en realidad están en la parte superior Crédito:laboratorio Balandin, UC Riverside
Ingenieros de la Universidad de California, Orilla, han demostrado dispositivos prototipo hechos de un material exótico que puede conducir una densidad de corriente 50 veces mayor que la tecnología de interconexión de cobre convencional.
La densidad de corriente es la cantidad de corriente eléctrica por área de sección transversal en un punto dado. A medida que los transistores de los circuitos integrados se vuelven cada vez más pequeños, necesitan densidades de corriente cada vez más altas para funcionar al nivel deseado. La mayoría de los conductores eléctricos convencionales, como el cobre, tienden a romperse debido al sobrecalentamiento u otros factores a altas densidades de corriente, presentando una barrera para la creación de componentes cada vez más pequeños.
La industria electrónica necesita alternativas al silicio y al cobre que puedan soportar densidades de corriente extremadamente altas en tamaños de solo unos pocos nanómetros.
El advenimiento del grafeno resultó en una enorme, esfuerzo mundial dirigido a la investigación de otras dos dimensiones, o 2-D, materiales en capas que satisfarían la necesidad de componentes electrónicos a nanoescala que puedan soportar una alta densidad de corriente. Mientras que los materiales 2-D consisten en una sola capa de átomos, Los materiales 1D consisten en cadenas individuales de átomos débilmente unidos entre sí, pero su potencial para la electrónica no ha sido tan estudiado.
Uno puede pensar en los materiales 2-D como finas rebanadas de pan, mientras que los materiales 1D son como espaguetis. En comparación con los materiales 1D, Los materiales 2-D parecen enormes.
Un grupo de investigadores dirigido por Alexander A. Balandin, un distinguido profesor de ingeniería eléctrica e informática en la Facultad de Ingeniería Marlan and Rosemary Bourns en UC Riverside, descubrió que la tritelurida de circonio, o ZrTe 3 , Las nanocintas tienen una densidad de corriente excepcionalmente alta que supera con creces la de cualquier metal convencional como el cobre.
La nueva estrategia emprendida por el equipo de UC Riverside impulsa la investigación de materiales bidimensionales a unidimensionales, un avance importante para la futura generación de electrónica.
"Los metales convencionales son policristalinos. Tienen bordes de grano y rugosidad superficial, que dispersan electrones, ", Dijo Balandin." Materiales cuasi unidimensionales como ZrTe 3 consisten en cadenas atómicas monocristalinas en una dirección. No tienen límites de grano y, a menudo, tienen superficies atómicamente lisas después de la exfoliación. Atribuimos la densidad de corriente excepcionalmente alta en ZrTe 3 a la naturaleza monocristalina de los materiales cuasi-1D ".
En principio, tales materiales cuasi-1D podrían cultivarse directamente en nanocables con una sección transversal que corresponda a un hilo atómico individual, o cadena. En el presente estudio el nivel de la corriente sostenida por el ZrTe 3 Los cables cuánticos fueron más altos que los reportados para cualquier metal u otros materiales 1D. Casi alcanza la densidad actual en nanotubos de carbono y grafeno.
Los dispositivos electrónicos dependen de un cableado especial para transportar información entre diferentes partes de un circuito o sistema. A medida que los desarrolladores miniaturizan los dispositivos, sus partes internas también deben hacerse más pequeñas, y las interconexiones que transportan información entre las partes deben ser las más pequeñas de todas. Dependiendo de cómo estén configurados, el ZrTe 3 Las nanocintas podrían convertirse en interconexiones locales a escala nanométrica o en canales de dispositivos para componentes de los dispositivos más pequeños.
Los experimentos del grupo de UC Riverside se realizaron con nanocintas que habían sido cortadas de una hoja de material prefabricada. Las aplicaciones industriales necesitan hacer crecer nanocintas directamente en la oblea. Este proceso de fabricación ya está en desarrollo, y Balandin cree que los nanomateriales 1D tienen posibilidades de aplicaciones en la electrónica del futuro.
"Lo más emocionante de los materiales cuasi-1D es que se pueden sintetizar verdaderamente en los canales o interconectarse con la sección transversal en última instancia pequeña de un hilo atómico, aproximadamente un nanómetro por un nanómetro, "Dijo Balandin.
Los resultados de esta investigación aparecen este mes en Cartas de dispositivos electrónicos IEEE .
