O futuro dos combustíveis fósseis?
O carbono pode ter potencial para o desenvolvimento de dispositivos semicondutores que utilizam materiais bidimensionais, superando as capacidades dos transistores de silício convencionais.
De acordo com um relatório publicado no IEEE Spectrum e na Nature, e no qual a participação também foi ampliada pelo Laboratório Nacional de Tecnologia Energética (NETL) do Departamento de Energia dos Estados Unidos, o carvão é percebido como um candidato promissor para uso no desenvolvimento de tecnologias futurísticas. materiais semicondutores.
O carvão, um recurso natural que já foi predominante, serve agora como uma fonte de energia essencial, mas prejudicial, devido aos seus elevados níveis de poluição. À medida que são feitos esforços para mitigar as alterações climáticas, espera-se que a utilização do carvão acabe por cessar totalmente ou, pelo menos, diminua significativamente.
O carvão pode servir potencialmente como uma alternativa aos tradicionais transistores baseados em silício, que são os componentes essenciais dos circuitos integrados. Os transistores consistem em substâncias semicondutoras e isolantes, com iterações modernas sendo construídas a partir de silício devido à sua adaptabilidade de longa data. No entanto, a busca incansável pela miniaturização coloca desafios significativos à manutenção das propriedades que originalmente estabeleceram o silício como o material de alta tecnologia proeminente. Em última análise, estas questões podem ter um impacto negativo no sector eletrónico em geral.
Por outro lado, à medida que a Lei de Moore está a desacelerar, tem havido um aumento abrupto na procura de recursos computacionais em vários setores, em vez de se limitar apenas ao domínio da inteligência artificial generativa.
A indústria está explorando opções alternativas, incluindo grafeno, nitreto de boro e dissulfeto de molibdênio, todos de natureza bidimensional com espessura equivalente a apenas uma camada atômica. Apesar deste potencial promissor, a integração destes materiais tem sido dificultada pela escassez de substâncias dielétricas adequadas necessárias para fins de acoplamento.
Os isoladores de óxido metálico, quando utilizados juntamente com o silício em um contexto semicondutor bidimensional, podem não ser um par ideal devido aos desafios encontrados na interface entre esses materiais. A topografia irregular e acidentada dos óxidos metálicos tridimensionais cria imperfeições que atuam como locais de retenção e causam dispersão quando entram em contato com a superfície plana e uniforme dos semicondutores bidimensionais. Isto pode resultar na redução da mobilidade dos elétrons e no aumento da corrente de fuga, o que pode prejudicar o desempenho do dispositivo.
O desenvolvimento de isoladores bidimensionais tem sido tentado por pesquisadores; no entanto, surgem desafios durante sua fabricação. Para a produção desses isoladores, é aplicado calor dentro de uma câmara de vácuo, resultando na cristalização dos materiais isolantes. Infelizmente, este processo conduz a áreas limite entre cristais adjacentes que funcionam como caminhos para a corrente penetrar no material isolante pretendido, o que é indesejável. Seria ideal se um isolador semicondutor 2D possuísse características amorfas (não cristalinas) e bidimensionais.
A introdução deste novo material à base de carbono apresenta uma impressionante gama de capacidades. Especificamente, quando combinado com semicondutores de grafeno e dissulfeto de molibdênio, demonstra melhorias notáveis em relação aos materiais isolantes 2D tradicionais e óxidos metálicos.
O primeiro semicondutor funcional feito de grafeno criado
o carbono é transformado em um pó fino, disperso em um solvente e posteriormente depositado em uma camada fina. Os cientistas foram capazes de obter camadas coesas com espessura variando de apenas um a dois átomos.
Congjun Wang, pesquisador líder da NETL e coautor deste estudo, enfatiza que o carvão serve como uma matéria-prima ideal devido à sua estrutura inerente em nanoescala, que permite que ele seja facilmente transformado em um material isolante elétrico, ao mesmo tempo que é altamente escalável. Além disso, o carvão possui a vantagem distinta de ser economicamente competitivo e amplamente disponível, garantindo uma cadeia de abastecimento robusta que pode resistir a potenciais perturbações ou desafios.
Os investigadores estão actualmente a dirigir a sua atenção para estratégias destinadas a aumentar a produtividade, uma questão de considerável importância dadas as suas aplicações potenciais em toda a vasta extensão da indústria de semicondutores. Além disso, esta pesquisa também incluiu a TSMC, uma das principais fundições globais com sede em Taiwan.
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