(PhysOrg.com) -- La ricerca della Rice University che sfrutta le capacità ad ampio raggio del grafene potrebbe portare ad applicazioni circuitali che sono molto più compatte e versatili di quanto è ora possibile con le tecnologie a base di silicio.

Modalità tripla, amplificatori a transistor singolo basati sul grafene, la forma di carbonio spessa un atomo che ha recentemente vinto il premio Nobel per i suoi scopritori, potrebbero diventare componenti chiave nei futuri circuiti elettronici. La scoperta dei ricercatori di Rice è stata riportata questa settimana sul giornale online ACS Nano .

Il grafene è molto forte, quasi trasparente e conduce molto bene l'elettricità. Ma un'altra proprietà chiave è l'ambipolarità, capacità del grafene di alternare al volo l'utilizzo di portatori positivi e negativi a seconda del segnale in ingresso. I tradizionali transistor al silicio di solito utilizzano l'uno o l'altro tipo di portante, che viene determinato durante la fabbricazione.

Un amplificatore a transistor singolo a tre terminali in grafene può essere cambiato durante il funzionamento in una qualsiasi delle tre modalità in qualsiasi momento utilizzando portanti positivi, negativo o entrambi, fornendo opportunità che non sono possibili con le tradizionali architetture a transistor singolo, disse Kartik Mohanram, un assistente professore di ingegneria elettrica e informatica alla Rice. Ha collaborato alla ricerca con Alexander Balandin, un professore di ingegneria elettrica presso l'Università della California, lungo il fiume, e i loro studenti Xuebei Yang (a Rice) e Guanxiong Liu (a Riverside).

Mohanram ha paragonato le capacità del nuovo transistor a quelle di un rubinetto dell'acqua. "Accendilo e l'acqua scorre, " ha detto. "Spegnilo e l'acqua si ferma. Questo è ciò che fa un transistor tradizionale. È un dispositivo unipolare:si apre e si chiude solo in una direzione".

"Ma se chiudi troppo un rubinetto, si riapre e l'acqua scorre. Ecco cos'è l'ambipolarità:la corrente può fluire quando si apre il transistor in entrambe le direzioni intorno a un punto di minima conduzione".

Questo da solo significa che un transistor al grafene può essere "tipo n" (negativo) o "tipo p" (positivo), a seconda che la portante provenga dai terminali di source o di drain (che sono effettivamente intercambiabili). Una terza funzione appare quando l'ingresso di ciascuna portante è uguale:il transistor diventa un moltiplicatore di frequenza. Combinando le tre modalità, il team di Rice-Riverside ha dimostrato schemi di segnalazione comuni come la codifica a variazione di fase e frequenza per applicazioni wireless e audio.

"Il nostro lavoro, e quello degli altri, che si concentra sulle applicazioni dell'ambipolarità integra gli sforzi per realizzare un transistor migliore con il grafene, " Ha detto Mohanram. "Promette più funzionalità." La ricerca ha dimostrato che un singolo transistor al grafene potrebbe potenzialmente sostituire molti in un tipico circuito integrato, Egli ha detto. Le proprietà superiori del materiale del grafene e la relativa compatibilità con la produzione a base di silicio dovrebbero consentire l'integrazione di tali circuiti in futuro, Ha aggiunto.

Gli ostacoli tecnologici devono essere superati, ha detto Mohanram. Tali fasi di fabbricazione come la deposizione dielettrica e la creazione di contatti "finiscono per disturbare il reticolo, graffiandolo e introducendo difetti. Ciò degrada immediatamente le sue prestazioni (limitando il guadagno del segnale), quindi dobbiamo esercitare molta cura nella fabbricazione.

"Ma la tecnologia maturerà, poiché così tanti gruppi di ricerca stanno lavorando duramente per affrontare queste sfide, " Egli ha detto.