Los investigadores han encontrado que el material topológico de bismuturo trisódico Na 3 Bi se puede fabricar para que sea tan 'electrónicamente suave' como la alternativa basada en grafeno de la más alta calidad, al tiempo que se mantiene la alta movilidad de electrones del grafeno.
Na 3 Bi es un semimetal de dirac topológico TDS, considerado un equivalente 3D del grafeno en el sentido de que muestra la misma movilidad de electrones extraordinariamente alta.
En el grafeno, como en un TDS, los electrones se mueven a velocidad constante, independientemente de su energía.
Esta alta movilidad de electrones es altamente deseable en materiales investigados para electrónica de conmutación rápida. El flujo de electrones en el grafeno puede ser, teóricamente, 100 veces más rápido que en el silicio.
Sin embargo, en la práctica existen limitaciones para la notable movilidad de electrones del grafeno, impulsada por la naturaleza bidimensional del material.
Aunque el grafeno en sí mismo puede ser extremadamente puro, es demasiado endeble para usarlo como material independiente, y debe unirse con otro material. Y como el grafeno es atómicamente delgado, las impurezas en ese sustrato pueden causar un trastorno electrónico dentro del grafeno.
Tales inhomogeneidades microscópicas, conocidas como 'charcos de carga', limitan la movilidad de los portadores de carga.
En la práctica, esto significa que los dispositivos a base de grafeno deben construirse minuciosamente con una lámina de grafeno colocada sobre un material de sustrato que minimice dicho trastorno electrónico. El nitruro de boro hexagonal h-BN se usa comúnmente para este propósito.
Pero ahora, los investigadores del centro de investigación FLEET de Australia han descubierto que el bismuturo trisódico Na 3 Bi cultivados en sus laboratorios en la Universidad de Monash son tan suaves desde el punto de vista electrónico como el grafeno / h-BN de la más alta calidad.
Es un logro significativo, dice el investigador principal, el Dr. Mark Edmonds. "Esta es la primera vez que un material Dirac 3D se mide de tal manera", dice el Dr. Edmonds. "Y estamos emocionados de haber encontrado un grado tan alto desuavidad electrónica en este material "
El descubrimiento será crítico para el avance del estudio de este nuevo material topológico, que podría tener amplias aplicaciones en electrónica. "Es imposible saber cuántos campos de investigación podría abrirse", dice el Dr. Edmonds. "El mismo hallazgo enel grafeno / h-BN provocó considerables estudios complementarios en 2011. "
Con la suavidad electrónica de Na3Bi ahora demostrada, se abren una serie de otras posibilidades de investigación. Se han realizado muchos estudios sobre el flujo relativista alta movilidad de electrones en el grafeno desde que se descubrió en 2004. Con este último estudio, similarSe pueden esperar estudios sobre Na3Bi.
Na 3 Bi ofrece una serie de ventajas interesantes sobre el grafeno.
Además de evitar los difíciles métodos de construcción involucrados en los dispositivos de dos capas de grafeno / h-BN, Na 3 Bi puede cultivarse a escala milimétrica o mayor. Actualmente, el grafeno-h-BN está limitado a solo unos pocos micrómetros.
Otra ventaja significativa es el potencial para usar Na 3 Bi como el canal conductor en una nueva generación de transistores, uno construido sobre la ciencia de los aislantes topológicos. El estudio fue publicado en Avances científicos en diciembre de 2017
Próximos pasos y transistores topológicos
"El descubrimiento de películas delgadas de TDS electrónicamente lisas es un paso importante hacia los transistores topológicos conmutables", dice el director de FLEET, profesor Michael Fuhrer.
"El grafeno es un conductor fantástico, pero no se puede" apagar "o controlar", dice el profesor Fuhrer. "Materiales topológicos, como Na 3 Bi, se puede cambiar de aislador convencional a aislante topológico mediante la aplicación de voltaje o campo magnético "
Los aislantes topológicos son materiales novedosos que se comportan como aislantes eléctricos en su interior, pero pueden transportar una corriente a lo largo de sus bordes. A diferencia de una ruta eléctrica convencional, tales rutas de borde topológicas pueden transportar corriente eléctrica con una disipación de energía casi nula, lo que significa quelos transistores pueden cambiar sin quemar energía.
Los materiales topológicos fueron reconocidos en el Premio Nobel de Física del año pasado.
Los transistores topológicos 'cambiarían', al igual que un transistor tradicional. La aplicación de un potencial de puerta cambiaría las rutas de borde en un Na 3 Canal Bi entre ser un aislante topológico 'activado' y un aislante convencional 'desactivado'.
La imagen más grande: uso de energía en la computación
El desafío general es la creciente cantidad de energía utilizada en la informática y la tecnología de la información TI.
Cada vez que un transistor cambia, se quema una pequeña cantidad de energía, y con billones de transistores que cambian miles de millones de veces por segundo, esta energía se suma. Ya, la energía quemada en la computación representa el 5 por ciento del uso global de electricidad,y se duplica cada década.
Durante muchos años, las demandas de energía de un número exponencialmente creciente de cálculos se mantuvieron controladas por chips de computadora cada vez más eficientes y cada vez más compactos, un efecto relacionado con la Ley de Moore. Pero a medida que se acercan los límites físicos fundamentales,La Ley de Moore está terminando, y hay eficiencias futuras limitadas que se encontrarán.
"Para que la computación continúe creciendo, para mantenerse al día con las demandas cambiantes, necesitamos una electrónica más eficiente", dice el profesor Michael Fuhrer. "Necesitamos un nuevo tipo de transistor que queme menos energía cuando se cambia".
"Este descubrimiento podría ser un paso en la dirección de los transistores topológicos que transforman el mundo de la computación"
Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por Centro de excelencia ARC en futuras tecnologías electrónicas de baja energía . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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