El diario
En el campo de los semiconductores, el silicio ha dominado durante mucho tiempo la fabricación de productos como teléfonos inteligentes, computadoras y vehículos eléctricos.
Sin embargo, un equipo de investigación de la Universidad Estatal de Pensilvania ha logrado un avance revolucionario al utilizar materiales bidimensionales (con solo el grosor de un átomo pero con excelentes propiedades electrónicas) para desarrollar la primera computadora 2D del mundo capaz de realizar operaciones simples. Este logro, publicado recientemente en la revista Nature, marca un avance significativo hacia dispositivos electrónicos más delgados y eficientes.
La invención de la computadora 2D
Mientras que la tecnología tradicional de semiconductor de óxido metálico complementario (CMOS) depende del silicio, el equipo utilizó dos materiales 2D—el disulfuro de molibdeno (transistores tipo n) y el diseleniuro de tungsteno (transistores tipo p)—para construir una computadora CMOS completa. Los materiales 2D mantienen un rendimiento excepcional incluso a escala atómica, evitando el deterioro en el rendimiento que ocurre con la miniaturización del silicio.
Mediante el proceso de deposición química en fase vapor de organometálicos (MOCVD), el equipo fabricó más de 1,000 transistores y, mediante un ajuste preciso del proceso de fabricación, optimizó el voltaje umbral de los transistores. Esto permitió que la computadora funcionara a bajo voltaje con un consumo energético extremadamente bajo y una frecuencia máxima de operación de 25 kHz. Aunque su rendimiento aún está por detrás del de los chips tradicionales de silicio, esta investigación demuestra la viabilidad de los materiales 2D en el campo de la computación. El equipo también desarrolló modelos computacionales para comparar la computadora 2D con la tecnología avanzada de silicio, mostrando que tiene un gran potencial de optimización.
Aunque la investigación en materiales 2D comenzó más tarde (alrededor de 2010), su desarrollo ha sido rápido. En comparación con los 80 años de evolución de la tecnología del silicio, este avance podría marcar el inicio de una nueva era de dispositivos electrónicos más delgados y eficientes.
Conozca los materiales clave
¿Qué es el disulfuro de molibdeno (MoS₂)?
Principal componente de la molibdenita, tiene un brillo metálico y la fórmula química MoS₂. Es un lubricante sólido importante, especialmente útil en condiciones de alta temperatura y presión. También tiene propiedades antimagnéticas y puede actuar como fotoconductor lineal y semiconductor (tipo p o n), útil para rectificación y conversión de energía. Además, se utiliza como catalizador en la deshidrogenación de hidrocarburos complejos.
En comparación con el grafeno (otro material 2D), el MoS₂ tiene un intervalo de banda de 1.8 eV (ausente en el grafeno), lo que lo hace prometedor para transistores a nanoescala. Los transistores de una sola capa de MoS₂ pueden alcanzar una movilidad electrónica de hasta 500 cm²/(V·s) y una relación de encendido/apagado de corriente de 1×10⁸.
¿Qué es el diseleniuro de tungsteno (WSe₂)?
Al igual que el MoS₂ y el WS₂, el WSe₂ es un material laminado de baja dimensionalidad con un bajo coeficiente de fricción. Su estructura hexagonal es similar a la del MoS₂, donde cada átomo de tungsteno se enlaza con seis átomos de selenio en una configuración de prisma triangular, y cada átomo de selenio se enlaza con tres átomos de tungsteno en una disposición piramidal. La distancia entre W-Se es de 2.526 Å, mientras que entre Se-Se es de 3.34 Å, con capas unidas por fuerzas de van der Waals.
Con un intervalo de banda de 1.35 eV, excelentes propiedades ópticas y estabilidad fisicoquímica, el WSe₂ es ideal para dispositivos fotovoltaicos y LED ultradelgados.
Visite Stanford Advanced Materials para descubrir más materiales bidimensionales.
