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  • I ricercatori combinano grafene e rame nella speranza di ridurre l'elettronica

    Pradyumna Goli, sinistra, e Alexander Balandin nel Nano-Device Laboratory di Balandin.

    (Phys.org) —I ricercatori hanno scoperto che la creazione di un "sandwich" grafene-rame-grafene migliora fortemente le proprietà di conduzione del calore del rame, una scoperta che potrebbe ulteriormente aiutare nel ridimensionamento dell'elettronica.

    Il lavoro è stato condotto da Alexander A. Balandin, professore di ingegneria elettrica al Bourns College of Engineering dell'Università della California, Riverside e Konstantin S. Novoselov, professore di fisica all'Università di Manchester nel Regno Unito. Balandin e Novoselov sono autori corrispondenti per l'articolo appena pubblicato sulla rivista Nano lettere . Nel 2010, Novoselov ha condiviso il premio Nobel per la fisica con Andre Geim per la scoperta del grafene.

    Negli esperimenti, i ricercatori hanno scoperto che aggiungendo uno strato di grafene, un materiale spesso un atomo con componenti elettrici altamente desiderabili, proprietà termiche e meccaniche, su ciascun lato di un film di rame proprietà di conduzione del calore aumentate fino al 24 percento.

    "Questo miglioramento della capacità del rame di condurre il calore potrebbe diventare importante nello sviluppo di interconnessioni ibride rame-grafene per chip elettronici che continuano a diventare sempre più piccoli, "disse Balandin, che nel 2013 è stato insignito della Medaglia MRS dalla Materials Research Society per la scoperta delle insolite proprietà di conduzione del calore del grafene.

    Da sinistra:(1) rame prima di ogni lavorazione, (2) rame dopo trattamento termico; (3) rame dopo l'aggiunta di grafene.

    Se le proprietà di conduzione del calore del rame potrebbero migliorare stratificandolo con il grafene è una domanda importante perché il rame è il materiale utilizzato per le interconnessioni dei semiconduttori nei moderni chip per computer. Il rame ha sostituito l'alluminio a causa della sua migliore conduttività elettrica.

    La riduzione delle dimensioni dei transistor e delle interconnessioni e l'aumento del numero di transistor sui chip dei computer ha messo a dura prova le prestazioni di interconnessione del rame, al punto in cui c'è poco spazio per ulteriori miglioramenti. Per questo motivo c'è una forte motivazione a sviluppare strutture di interconnessione ibride in grado di condurre meglio la corrente elettrica e il calore.

    Negli esperimenti condotti da Balandin e dagli altri ricercatori, sono rimasti sorpresi dal fatto che il miglioramento delle proprietà termiche dei film di rame rivestiti di grafene fosse significativo nonostante il fatto che lo spessore del grafene fosse solo di un atomo. Il puzzle è stato risolto dopo che si sono resi conto che il miglioramento è il risultato di cambiamenti nella nanostruttura e microstruttura del rame, non dall'azione del grafene come ulteriore canale di conduzione del calore.

    Dopo aver esaminato le dimensioni dei grani nel rame prima e dopo l'aggiunta di grafene, il ricercatore ha scoperto che la deposizione chimica da vapore del grafene condotta ad alta temperatura stimola la crescita della granulometria nei film di rame. Le granulometrie più grandi in rame rivestito di grafene si traducono in una migliore conduzione del calore.

    Il set sperimentale e il campione utilizzato nello studio.

    Inoltre, i ricercatori hanno scoperto che il miglioramento della conduzione del calore mediante l'aggiunta di grafene era più pronunciato nei film di rame più sottili. Questo è significativo perché il miglioramento dovrebbe migliorare ulteriormente in quanto le future interconnessioni in rame si ridimensionano fino all'intervallo dei nanometri, che è 1/1000 della gamma micrometrica.

    Nel futuro, Balandin e il team vorrebbero studiare come cambiano le proprietà di conduzione del calore in film di rame di spessore nanometrico rivestiti con grafene. Hanno anche in programma di sviluppare un modello teorico più accurato per spiegare come la conducibilità termica si adatta alle dimensioni dei grani.


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