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Novos nanochips terão velocidade russa

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Cientistas russos da Universidade Nacional de Pesquisa Nuclear MEPhI e do Instituto de Física de Metais do Departamento Siberiano da Academia das Ciências da Rússia (IFM DS ACR) criaram e pesquisaram heteroestruturas na escala nanométrica baseadas em arsenieto de gálio. Elas podem aumentar o tempo de reação de microchips de altas frequências.

Heteroestruturas são materiais eletrônicos que consistem de várias camadas semicondutoras com propriedades distintas. As técnicas quânticas contemporâneas permitem dotá-las de propriedades necessárias para a criação de dispositivos eletrônicos modernos.

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O dispositivo pode ficar ainda mais rápido se a camada "ativa" (aquela onde transita a corrente elétrica) tiver maior teor de índio. O aumento do teor de índio permite reduzir a massa de elétrons na estrutura, aumentando também a sua velocidade, o que faz o dispositivo funcionar mais rápido. Porém, este método tem uma dificuldade: a tensão mecânica da estrutura cristalina próxima das camadas adjacentes.

Os físicos da MEPhI resolveram este problema ao acrescentar uma espessa camada "de transição" e aumentando gradualmente o teor de índio na composição da camada ativa. No resultado, os cientistas conseguiram quase 100% de índio sofrendo o mínimo de tensões mecânicas.

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Para as amostras, foi usado o método de epitaxia — ou seja, o "cultivo" gradual (camada por camada) de semicondutores com estrutura cristalina perfeita sobre uma "base virtual", que altera a sua estrutura cristalina com o crescimento da camada de transição.

Os pesquisadores escolheram as condições ótimas para a epitaxia: a temperatura da base, a estrutura da camada de transição e a espessura e composição da camada ativa. Graças a isso, foram obtidas estruturas de alta qualidade, com pouca dispersão de elétrons e pequeno nível (tão só 2 nanômetros) de rugosidade da superfície.

© Foto / Universidade Nacional de Pesquisa Nuclear MEPhI/Instituto de Física de Metais Superfície da amostra vista através de microscópio (regime de contraste interferencial de fase).
Superfície da amostra vista através de microscópio (regime de contraste interferencial de fase).  - Sputnik Brasil
Superfície da amostra vista através de microscópio (regime de contraste interferencial de fase).

As propriedades das amostras criadas na MEPhI foram analisadas pelos especialistas do IFM DS ACR. Eles observaram as amostras colocadas em condições de temperaturas baixas (a partir de 1,8 K) e em um campo magnético forte.

Isso permitiu observar, na camada ativa, efeitos quânticos relacionados ao alto teor de índio. Por exemplo, as oscilações de magnetorresistência e o efeito Hall quântico, que valeu o prêmio Nobel da Física em 1985.

© Foto / Universidade Nacional de Pesquisa Nuclear MEPhI/Instituto de Física de Metais Estrutura Hall para medição de parâmetros eletrônicos dentro do campo magnético (escala 500 nm).
Estrutura Hall para medição de parâmetros eletrônicos dentro do campo magnético (escala 500 nm). - Sputnik Brasil
Estrutura Hall para medição de parâmetros eletrônicos dentro do campo magnético (escala 500 nm).

Os especialistas acreditam que os dados obtidos pelos cientistas russos, publicados na revista Journal of Magnetism and Magnetic Materials, permitem esclarecer as particularidades do efeito Hall quântico em nanoestruturas contemporâneas.

"Contudo, é preciso sublinhar que esta pesquisa é, antes de tudo, uma pesquisa fundamental. Porém, nós notamos também o potencial prático dela. Esse potencial está no seguinte: nessas estruturas, os elétrons são muito rápidos, garantindo frequências altas (até 200 GHz) de funcionamento de transistores e chips", comenta um dos autores do trabalho e professor do Departamento de Física de ambientes condensados da MEPhI, Ivan Vasilievsky.

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