(PhysOrg.com) -- Anche se i diamanti possono essere i migliori amici di una ragazza, sono anche molto amati dagli scienziati che lavorano per migliorare le prestazioni dei dispositivi elettronici.

Due nuovi studi condotti presso l'Argonne National Laboratory del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti hanno rivelato un nuovo percorso per gli scienziati dei materiali per utilizzare proprietà precedentemente inesplorate dei film sottili di diamanti nanocristallini. Mentre le proprietà dei film sottili di diamante sono relativamente ben comprese, la nuova scoperta potrebbe migliorare notevolmente le prestazioni di alcuni tipi di circuiti integrati riducendo il loro "budget termico".

Per decenni, gli ingegneri hanno cercato di costruire dispositivi elettronici più efficienti riducendo le dimensioni dei loro componenti. Nel farlo, però, ricercatori hanno raggiunto un "collo di bottiglia termico, ", ha affermato il nanoscienziato di Argonne Anirudha Sumant.

In un collo di bottiglia termico, il calore in eccesso generato nel dispositivo provoca effetti indesiderati che ne pregiudicano le prestazioni. "A meno che non troviamo modi innovativi per aspirare il calore dalla nostra elettronica, siamo praticamente bloccati con questo collo di bottiglia, "Spiegò Suman.

Le proprietà termiche insolitamente attraenti dei film sottili di diamante hanno portato gli scienziati a suggerire di utilizzare questo materiale come dissipatore di calore che potrebbe essere integrato con una serie di diversi materiali semiconduttori. Però, le temperature di deposizione per i film di diamante in genere superano gli 800 gradi Celsius, circa 1500 gradi Fahrenheit, che limita la fattibilità di questo approccio.

"Il nome del gioco è produrre film diamantati alla temperatura più bassa possibile. Se riesco a far crescere i film a 400 gradi, mi permette di integrare questo materiale con un'intera gamma di altri materiali semiconduttori, " ha detto Suman.

Utilizzando una nuova tecnica che ha alterato il processo di deposizione dei film di diamante, Sumant e i suoi colleghi del Center for Nanoscale Materials di Argonne sono stati in grado sia di ridurre la temperatura fino a quasi 400 gradi Celsius sia di regolare le proprietà termiche dei film di diamante controllando la loro dimensione del grano. Ciò ha permesso l'eventuale combinazione del diamante con altri due importanti materiali:grafene e nitruro di gallio.

Secondo Suman, il diamante ha proprietà di conduzione del calore molto migliori rispetto al silicio o all'ossido di silicio, che sono stati tradizionalmente utilizzati per la fabbricazione di dispositivi di grafene. Come risultato di una migliore rimozione del calore, i dispositivi di grafene fabbricati su diamante possono sostenere densità di corrente molto più elevate.

Nell'altro studio, Sumant ha utilizzato la stessa tecnologia per combinare film sottili di diamante con nitruro di gallio, che viene ampiamente utilizzato nei dispositivi a emissione di luce (LED) ad alta potenza. Dopo aver depositato un film di diamante di 300 nm di spessore su un substrato di nitruro di gallio, Sumant ei suoi colleghi hanno notato un notevole miglioramento delle prestazioni termiche. Poiché una differenza all'interno di un circuito integrato di pochi gradi può causare un notevole cambiamento nelle prestazioni, ha chiamato questo risultato "notevole".

"Il legame comune tra questi esperimenti è che stiamo trovando nuovi modi per dissipare il calore in modo più efficace utilizzando meno energia, che è la chiave, " ha detto Sumant. "Questi processi sono cruciali per l'industria in quanto cercano modi per superare i limiti convenzionali sui circuiti semiconduttori e perseguire la prossima generazione di elettronica".

I risultati dei due studi sono stati riportati in Nano lettere e Materiali funzionali avanzati . Entrambi questi studi sono stati condotti in collaborazione con il Prof. Alexander Balandin presso l'Università della California-Riverside e i suoi studenti laureati Jie Yu, Guanxiong Liu e il dottor Vivek Goyal, un recente dottorato di ricerca laureato.

Il finanziamento per la ricerca condotta presso il Center for Nanoscale Materials è stato fornito dal programma Basic Energy Sciences dell'Office of Science del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti.