Transístor de grafeno 3D fica de pé para acelerar computadores

Redação do Site Inovação Tecnológica - 04/02/2012

Imagem óptica (a) e micrografia eletrônica (b) do transístor vertical de grafeno.
[Imagem: Britnell et al./Science]

Condutor bom demais

A equipe que ganhou o Prêmio Nobel de Física por seus trabalhos pioneiros com o grafeno acredita ter achado um jeito de usá-lo na prática para acelerar os computadores.

Diversas equipes já construíram transistores de grafeno ultra-rápidos, de até 300 GHz, mas em escala de laboratório.

Acontece que a capacidade excepcional de conduzir eletricidade que o grafeno tem torna-se um entrave no mundo da eletrônica, onde o mais valioso é ser um "semi-condutor".

Os processadores eletrônicos funcionam com base em circuitos que ora deixam a corrente passar - um estado ligado, ou "1" - e ora impedem-na de fluir - um estado desligado, ou "0". Isso é feito por um componente bem conhecido, chamado transístor.

Mas o grafeno é tão bom condutor que é muito difícil convencer um transistor construído com ele a ficar no estado desligado - os elétrons insistem em fluir, e o 0 vira 1 quase instantaneamente.

Na verdade, este é o menor dos problemas, porque flui tanta corrente pelo transístor de grafeno que ele literalmente frita em alguns segundos.

Transistor 3D de grafeno

Leonid Ponomarenko, juntamente com seus colegas mais famosos Andre Geim e Konstantin Novoselov, decidiram então colocar o grafeno de pé, construindo um transistor 3D de grafeno.

Como as camadas são muito finas, os elétrons podem fluir através delas por um fenômeno conhecido como tunelamento quântico.
[Imagem: L. Ponomarenko]

Com isto, eles puderam ensanduichá-lo entre duas camadas de um material isolante, o dissulfeto de molibdênio.

Isso poderia gerar o problema inverso, uma vez que, prensado entre duas camadas isolantes, o grafeno não poderia conduzir energia nenhuma, e nunca se conseguiria colocar o transístor no estado ligado.

Contudo, como as camadas são muito finas, os elétrons podem fluir através delas por um fenômeno conhecido como tunelamento quântico.

Isso acontece muito raramente, mas os cientistas já sabiam que a aplicação de uma tensão maior no grafeno aumenta a energia dos elétrons, o que permite o controle preciso de sua capacidade de tunelar.

Eletrônica do grafeno

Variando a tensão aplicada aos eletrodos tornou-se possível controlar quando os elétrons fluem e quando não fluem e o componente duplamente isolado passou a funcionar como um transístor.

O vazamento de corrente no transístor 3D de grafeno foi reduzido por um fator de 10 em relação aos transistores de grafeno "deitados".

"Nós provamos uma nova abordagem conceitual para a eletrônica do grafeno. Nossos transistores já funcionam muito bem. Eu acredito que eles podem ser melhorados muito mais, miniaturizados até dimensões nanométricas e funcionar em frequências de centenas de GHz," disse Ponomarenko.

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