Grafeno: um novo tipo de semicondutor

O grafeno poderá marcar uma verdadeira revolução no mundo da eletrónica. Assistiremos assim ao declínio do silício na criação de microchips, pois o grafeno reserva algumas inovações verdadeiramente interessantes.

Por que grafeno

A importância desta pesquisa segundo os pesquisadores reside no gerenciamento diferenciado de elétrons entre os habituais chips de silício e os de grafeno, que veremos nos próximos anos. Num futuro próximo, os computadores poderão ser muito mais rápidos e consumir menos eletricidade.

Além disso, também existem novas aplicações oferecidas pelo grafeno que também nos permitem utilizar as propriedades ondulatórias dos elétrons, fundamentais para o desenvolvimento de computadores quânticos.

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A ideia surgiu quando De Heer e sua equipe descobriram como cultivar grafeno em pastilhas de carboneto de silício usando fornos especiais. Eles então produziram grafeno epitaxial, que é uma camada única que cresce em uma face cristalina de carboneto de silício. Quando o grafeno se ligou quimicamente ao carboneto de silício e começou a exibir propriedades semicondutoras.

O assunto foi tratado por uma equipe de pesquisa sino-americana, conduzida pela Georgia Tech, onde o material foi aperfeiçoado, em colaboração com colegas do Centro Internacional de Nanopartículas e Nanossistemas da Universidade de Tianjin, na China. Os cientistas descobriram que o grafeno, ao contrário do silício, não é um semicondutor, mas começa a comportar-se como tal se for fixado em cinco camadas sobrepostas.

Os resultados foram publicados no Nature Science Journal em 3 de janeiro de 2024, mas este estudo já havia sido realizado anos antes. Na verdade, De Heer começou a explorar materiais à base de carbono como potenciais semicondutores no início de sua carreira, depois passou para o grafeno 2D em 2001. Mais tarde, em 2014, fundou um centro com Lei Ma, diretor do centro e coautor de o item.

Características químicas do grafeno

O elemento em sua forma natural é um semimetal, ou seja, não é semicondutor nem metal. O princípio de funcionamento dos transistores de silício e dos componentes eletrônicos é baseado em um band gap, ou seja, um material que pode ser ligado e desligado quando um campo elétrico é aplicado a ele. A principal questão na pesquisa eletrônica do grafeno era como ligá-lo e desligá-lo para que pudesse funcionar como o silício.

Para fazer um transistor funcional é necessário manipular o material semicondutor. No entanto, isso pode danificar suas propriedades. Assim, a equipe colocou átomos no grafeno que “doam” elétrons ao sistema, chamados de doadores, para verificar se o material era um bom condutor. O experimento mostrou que o material não foi danificado e suas propriedades não foram alteradas.

Características funcionais

É uma estrutura muito fina, sabendo-se que a molécula é formada por camadas de um único átomo de carbono. Ao contrário do silício, que ainda oferece certa resistência à passagem de elétrons, o grafeno nesta configuração parece mais “suave” à passagem de elétrons .

Dessa forma, evita-se o superaquecimento dos chips e é possível miniaturizar ainda mais os circuitos, consumindo assim menos energia elétrica para fazê-los funcionar e também para resfriá-los. Além disso, a capacidade computacional poderia aumentar exponencialmente.

Perspectivas futuras

O grafeno epitaxial pode levar a uma mudança de paradigma no campo da eletrônica, revolucionando esta área com tecnologias completamente novas que exploram suas propriedades únicas . Por exemplo, será possível utilizar as propriedades de onda da mecânica quântica dos elétrons do material, um requisito necessário para a computação quântica.

Entretanto, os investigadores tiveram que aprender como tratar o material, como torná-lo cada vez melhor e, finalmente, como medir as suas propriedades. Demorou muito, mas deu resultados que levaram a uma verdadeira revolução tecnológica.

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