A equipe polaco-chinesa conseguiu obter algo que não era óbvio para os físicos até agora: um transistor feito não de um material semicondutor tradicional, mas de nanopartículas de metal. Esses transistores devem ser resistentes a dobras, água e faíscas e são aplicados como uma tinta.

Transistores são comumente usados ​​em dispositivos do dia a dia - eles são encontrados, por exemplo, em circuitos integrados ou processadores. Eles podem controlar o fluxo de cargas elétricas - por exemplo, amplificar um sinal ou atuar como um interruptor. Até agora, a construção de transistores exigia materiais semicondutores - por exemplo, germânio, silício, nitreto de gálio, carboneto de silício. Semicondutores têm os chamados estrutura da banda - há bandas de condução nelas, graças às quais a corrente não flui através delas de forma tão óbvia como, por exemplo, através dos metais. E o fluxo de corrente pode ser modulado.

Já a equipe comandada pelo prof. Bartosz Grzybowski (IPC PAS e UNIST coreano) e o prof. Yonga Yana (Universidade da Academia Chinesa de Ciências) mostrou como fazer transistores a partir de nanopartículas de metal - mais precisamente de nanopartículas de ouro presas a ligantes com a carga elétrica apropriada. Os resultados apareceram na "Nature Electronics" (https://www.nature.com/articles/s41928-020-00527-z).

“Mostramos que você pode fazer um transistor e um circuito integrado não usando um semicondutor convencional, mas um metal. E isso não tem sido nada óbvio para os físicos ”, sorri o Prof. Grzybowski. E acrescenta que os metais podem se comportar como um semicondutor, desde que aconteça em nanoescala - e não com a ajuda dos chamados Bloqueio de Coulomb, e graças às conquistas da quimioeletrônica - uma área do conhecimento relativamente nova.

“Embora o material seja um metal, os íons que se movem em torno dele podem criar campos elétricos locais e causar efeitos semelhantes aos dos semicondutores” - diz o Prof. Bartosz Grzybowski.

O cientista explica que essa solução pode abrir novas possibilidades para aplicações de transistores. Os transistores feitos de semicondutores tradicionais não eram resistentes a flexão, umidade ou descargas elétricas, eles tinham que ser aplicados à superfície no vácuo e os próprios semicondutores - cristalizados em altas temperaturas (por exemplo, no processo Czochralski).

“E nosso transistor pode ser dobrado e ficará bem. Seja imerso em um ambiente úmido ou sujeito a fortes descargas elétricas e continuará funcionando, pois a umidade é favorável a ele e as faíscas não o prejudicam. É muito difícil "- acredita o prof. Grzybowski.

Ele acrescenta que as nanopartículas de ouro das quais o transistor é feito são solúveis em água e álcool. “Eu até quis chamá-lo de vodka eletrônica um dia” - ri o pesquisador.

Ele explica que a aplicação de camadas é simples: consiste em pegar uma mistura com nanopartículas e derramar na superfície. O solvente evapora e uma fina camada de nanopartículas adere à superfície. Construir o transistor parece um pouco com pintar com tinta. Nenhum vácuo ou altas temperaturas são necessários para isso.

O químico aponta que tal solução provavelmente não substituirá os processadores semicondutores tradicionais em computadores, mas em algumas aplicações pode ser uma alternativa interessante para a eletrônica comum. Os novos transistores podem ser usados, por exemplo, em aplicações subaquáticas ou em um ambiente corrosivo. Além disso, diz o cientista, talvez esses sistemas possam ser usados ​​como sensores para certos produtos químicos. “Essas nanopartículas, na presença de uma solução, podem detectar substâncias tóxicas e convertê-las em um sinal elétrico”, acredita.

Em um trabalho anterior em Avanços da Ciência Os cientistas mostraram como criar circuitos lógicos a partir das mesmas nanopartículas de ouro eletricamente carregadas - eles construíram, por exemplo, um rádio. Nanopartículas funcionaram lá, entre outras como uma antena, um elemento que converte sinais elétricos em som. Agora eles deram um passo adiante e mostraram como fazer transistores e circuitos integrados a partir de nanopartículas de ouro.

Quando questionado se as nanopartículas de ouro são um material muito caro, ele diz: “As camadas de que precisamos em um transistor têm mícrons de espessura. Isso significa que alguns gramas de ouro provavelmente seriam suficientes para pintar, por exemplo, um apartamento inteiro. "

E explica que provavelmente será possível construir transistores a partir de nanopartículas de outros metais, mas as nanopartículas de ouro são duráveis ​​e atóxicas. E sua equipe tem trabalhado neles por mais de uma década (no ano passado, a equipe do Prof. Grzybowski mostrou Nature Nanotechnologyque nanopartículas carregadas de ouro - com uma arquitetura ligeiramente diferente das dos transistores - poderiam ser úteis no combate seletivo de células cancerosas).

“Mostramos como transformar nanopartículas de ouro nas quais trabalhamos há anos para fazer eletrônicos baseados não em semicondutores, mas em metais, e como tornar os eletrônicos insensíveis a vários estímulos hostis” - resume ele.

PAP - Ciência na Polônia, Ludwika Tomala

Fonte e fotos: Ciência na Polônia


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