Flexotrônica: Um jeito de fazer eletrônica usando apenas dois materiais

Redação do Site Inovação Tecnológica - 31/08/2018

Esta arte ilustra o trunfo da equipe: Uma técnica que permite girar com precisão as camadas de materiais monoatômicos, ou 2D.
[Imagem: Philip Krantz/Krantz NanoArt]

Flexotrônica

Surgiu mais uma tecnologia candidata a rejuvenescer a cada vez mais desacreditada Lei de Moore.

Rebeca Palau, da Universidade de Colúmbia, nos EUA, batizou sua invenção de "flexotrônica" (twistronic) - poderia ser "girotrônica", mas este termo tem sido usado para traduzir o nome de outra tecnologia emergente, a spintrônica.

Além de tirar proveito das surpreendentes propriedades eletrônicas, magnéticas, ópticas e mecânicas dos materiais bidimensionais - molibdenita, grafeno e outros - os componentes da flexotrônica podem ter suas características ajustadas simplesmente mudando o ângulo entre duas diferentes camadas monoatômicas depositadas uma sobre a outra.

Isto significa que pode ser possível construir circuitos eletrônicos inteiros usando apenas dois materiais, que serão ajustados para desempenhar o papel dos diversos componentes usados hoje.

"Este processo de montagem mecânica nos permite misturar e combinar diferentes cristais para construir materiais inteiramente novos, muitas vezes com propriedades fundamentalmente diferentes das camadas constituintes. Com centenas de materiais 2-D disponíveis, as possibilidades de projeto são enormes," disse o professor James Hone.

Alinhamento rotacional

Estudos recentes mostraram que o alinhamento rotacional entre as camadas desempenha um papel crítico na determinação das propriedades que emergem quando materiais são combinados. Por exemplo, quando o grafeno, que é condutor, é colocado sobre uma camada de nitreto de boro, que é isolante, ambos com as redes cristalinas perfeitamente alinhadas, o grafeno desenvolve um intervalo de banda - a falta dessa bandgap é um dos poucos defeitos do grafeno, que impedem seu uso direto na eletrônica.

Em março passado, pesquisadores do MIT relataram a descoberta inovadora de que duas camadas empilhadas de grafeno podem apresentar propriedades exóticas, incluindo a supercondutividade, quando o ângulo de torção entre elas é definido em 1,1 grau, chamado de "ângulo mágico".

O grande problema é ajustar esses ângulos, um processo árduo quando se está lidando com materiais com apenas uma camada atômica de espessura.

Foi justamente aí que Rebeca e seus colegas avançaram: eles criaram uma técnica que permite girar os dois materiais com precisão, uma vez que os resultados são muito diferentes com cada ângulo de inclinação entre as redes cristalinas dos dois materiais que estão sendo empilhados.

Esquema do dispositivo criado pela equipe - o material na parte de cima (Top BN) é girada com precisão usando a ponta de um microscópio de força atômica.
[Imagem: Rebeca Ribeiro Palau et al. - 10.1126/science.aat6981]

Flexotrônica

De um ponto de vista tecnológico, a capacidade de ajustar as propriedades de um material em camadas, variando apenas o ângulo de torção, abre a possibilidade de usar um único material para executar uma variedade de funções.

Por exemplo, os circuitos eletrônicos são construídos com um número finito de componentes, incluindo condutores metálicos, isoladores, semicondutores e materiais magnéticos. Este processo requer a integração de uma variedade de materiais diferentes e representa um desafio significativo de engenharia.

Em contraste, um único material que possa ser "torcido" localmente para assumir a funcionalidade de cada um desses componentes pode permitir novas oportunidades significativas de computação e processamento.

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