Los chips de computación podrían reemplazar el silicio con un nuevo material 2D que es mucho más rápido y más eficiente energéticamente
Los investigadores están aprovechando el poder de pequeños defectos en un material increíblemente delgado para crear algún día chips de computadora que sean más rápidos y eficientes que las plataformas semiconductoras de silicio tradicionales.
«Todos nuestros dispositivos electrónicos existentes utilizan chips hechos de silicio, que es un material tridimensional», dijo. Shoaib Khalidfísico del Laboratorio de Investigación de Plasma de Princeton, en un declaración. «Ahora muchas empresas están invirtiendo mucho en chips fabricados con materiales bidimensionales».
Este tipo de material «bidimensional», conocido como dicalcogenuro de metales de transición (TMD), puede tener sólo unos pocos átomos de espesor. Los chips de computadora fabricados a partir de estos semiconductores ultrafinos podrían permitir el desarrollo de dispositivos más pequeños y más rápidos al incluir mucha más potencia de procesamiento en una superficie más pequeña.
En un estudio publicado el 24 de mayo en la revista Materiales 2DEl equipo de Khalid investigó si el uso de TMD en lugar de silicio podría ser una solución a la idea de que la innovación con chips basados en silicio podría estar alcanzando su punto máximo.
Los TMD más delgados tienen solo tres átomos de espesor y están dispuestos como un sándwich. El «pan» está formado por átomos de calcógeno, elementos del grupo 16 de la tabla periódica, como el oxígeno o el azufre. Los átomos de metales de transición, en los grupos 3 a 12, forman el «relleno».
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Los científicos investigaron si podían aprovechar pequeñas imperfecciones del tamaño de un átomo, llamadas defectos, en TMD ligeramente más gruesos.
Si bien la mayoría de los átomos en TMD están dispuestos en patrones ordenados y uniformes, ocasionalmente faltará un átomo o estará escondido en algún lugar al que no pertenece. A pesar del nombre, los defectos no son necesariamente algo malo, afirmaron los científicos en el estudio. Por ejemplo, algunos defectos hacen que los TMD sean más conductores de electricidad.
Para aprovechar los efectos positivos de los defectos y reducir las consecuencias negativas, los científicos necesitaban comprender cómo surgen los defectos y cómo afectan el rendimiento del material. En el estudio, el equipo de Khalid determinó qué tipos de defectos se forman más fácilmente en los TMD e investigó cómo estos defectos dan forma a las propiedades del material.
Primero, el equipo examinó los defectos en los que faltaba uno de los átomos de calcógeno. Una previa para estudiar demostró que un material TMD llamado disulfuro de molibdeno emite inesperadamente luz infrarroja cuando se ilumina. El equipo de Khalid descubrió que la emisión de luz infrarroja fue provocada por el movimiento de electrones relacionados con el espacio donde se suponía que estaba el calcógeno faltante.
«Nuestro trabajo proporciona una estrategia para investigar la presencia de estas vacantes en TMD masivos», dijo Khalid en el comunicado. «Explicamos resultados experimentales anteriores mostrados en disulfuro de molibdeno y luego predecimos algo similar para otros TMD».
A continuación, los investigadores estudiaron un tipo de defecto en el que un átomo de hidrógeno adicional queda comprimido entre dos átomos de metales de transición vecinos. El hidrógeno es una impureza común que aparece en los DTM mientras se están formando. Los átomos de hidrógeno adicionales dan a muchos materiales TMD, pero no a todos, una ligera carga negativa, convirtiéndolos en semiconductores «tipo n».
Los chips de computadora se basan en combinaciones de semiconductores tipo p y semiconductores tipo p cargados positivamente. Aunque los científicos ya sabían que algunos materiales TMD pueden actuar como semiconductores de tipo n, el nuevo estudio explica de dónde proviene la carga negativa adicional.
Comprender cómo estos defectos afectan el rendimiento de TMD podría ayudar a los investigadores a crear chips de computadora de próxima generación, dijeron los científicos en el estudio. Aunque los chips TMD aún no están listos para salir a la venta, Las empresas están explorando chips TMD ultrafinos. para manejar operaciones de IA que consumen mucha energía.
