Un equipo de investigadores ha logrado cultivar material ultra delgado en silicio que puede alimentar pequeños dispositivos electrónicos.
A medida que los dispositivos electrónicos se vuelven cada vez más pequeños, la tecnología que los impulsa necesita hacerse más pequeños y más delgados.
Uno de los desafíos clave que enfrentan los científicos al desarrollar esta tecnología es encontrar materiales que puedan funcionar bien en un tamaño ultradelgado. Pero ahora, los investigadores de Berkeley piensan que pueden tener la respuesta.
Dirigido por Sayeef Salahuddin, profesor de ingeniería eléctrica y ciencias de la computación, y estudiante de post-grado Suraj Cheema, un equipo de investigadores ha logrado convertir el silicio en un material ultradelgado que demuestra una propiedad eléctrica única llamada ferroelectricidad. Los hallazgos del dúo fueron publicados en la edición del 22 de abril de Nature.
La ferroelectricidad se refiere a una clase de materiales que no solo pueden lograr una polarización eléctrica espontánea, sino que también invierten su dirección cuando se exponen a un campo eléctrico externo, lo cual es prometedor para la electrónica.
El avance del equipo demuestra los efectos ferroeléctricos en un material de solo 1 nanómetro de espesor, equivalente al tamaño de solo dos bloques de construcción atómicos. Como resultado, el material puede alimentar de manera eficiente los dispositivos más pequeños con menores cantidades de energía.
“Estamos haciendo dispositivos informáticos que se hacen cada vez más pequeños”, dijo Salahuddin. “No quieres usar materiales gruesos porque no tienes espacio. Con nuestro material ferroeléctrico, realmente no necesita preocuparse por el espacio”.
Anteriormente, los investigadores habían estabilizado con éxito la ferroelectricidad en materiales cada vez más delgados. Pero por debajo de alrededor de 3 nanómetros, “la ferroelectricidad disminuye en los materiales ferroeléctricos convencionales”, dijo Cheema.
Hasta ahora. El equipo de Berkeley cultivó óxido de hafnio dopado, de un nanómetro de espesor, sobre silicio. No solo el material ultradelgado demostró ferroelectricidad, sino que el efecto fue en realidad más fuerte que el material de varios nanómetros de espesor, un “avance fundamental” en el campo de la ferroelectricidad, dijo Salahuddin.
El hallazgo podría conducir a la creación de baterías y sensores más avanzados. Pero el trabajo es particularmente prometedor para los chips de memoria y lógica en las computadoras.
Recordando que los materiales ferroeléctricos exhiben una polarización eléctrica que puede cambiar su dirección de manera reversible cuando se expone a un campo eléctrico externo.
Cuando se almacena información en un chip, los bits binarios se representan como 0 o 1. La polarización revelaría, por ejemplo, el 0 en un campo con carga negativa, pero luego la polarización invertida revelaría el 1 en el campo con carga positiva. Por lo tanto, la misma celda puede contener tanto 0 como 1 y puede reducirse a dimensiones inferiores a lo que se creía posible antes.
“Podemos cultivar materiales ferroeléctricos que se pueden utilizar en la fabricación de chips de computadora hoy en día”, dijo Salahuddin.
Además de los investigadores de UC Berkeley, los científicos de Advanced Light Source y Molecular Foundry en Lawrence Berkeley National Laboratory, Advanced Photon Source en Argonne National Laboratory, Stanford Synchrotron Radiation Lightsource en SLAC National Accelerator Laboratory y Asylum Research contribuyeron al artículo.
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