(Phys.org) —Un'università della California, Il professore del Riverside Bourns College of Engineering e un team di ricercatori hanno pubblicato oggi un documento che mostra come hanno risolto un problema quasi centenario che potrebbe ulteriormente ridurre le dimensioni dei dispositivi elettronici.

Il lavoro, guidato da Alexander A. Balandin, un professore di ingegneria elettrica alla UC Riverside, focalizzato sul rumore elettronico 1/f a bassa frequenza, noto anche come rumore rosa e rumore di sfarfallio. È un segnale o un processo con una densità spettrale di potenza inversamente proporzionale alla frequenza. È stato scoperto per la prima volta nei tubi a vuoto nel 1925 e da allora è stato trovato ovunque, dalle fluttuazioni dell'intensità nelle registrazioni musicali alle frequenze cardiache umane e alle correnti elettriche nei materiali e nei dispositivi.

L'importanza di questo rumore per l'elettronica ha motivato numerosi studi sulla sua origine fisica e sui metodi per il suo controllo. Per esempio, viene determinato il rumore di fase del segnale in un radar o in un gadget di comunicazione come uno smartphone, in larga misura, dal livello di rumore 1/f nei transistor utilizzati all'interno del radar o dello smartphone.

Però, dopo quasi un secolo di indagini, l'origine del rumore 1/f nella maggior parte dei sistemi materiali è rimasta un mistero. Una questione di particolare importanza per l'elettronica era se il rumore 1/f fosse generato sulla superficie dei conduttori elettrici o all'interno dei loro volumi.

Un team di ricercatori dell'UC Riverside, Rensselaer Polytechnic Institute (RPI) e Ioffe Physical-Technical Institute dell'Accademia Russa delle Scienze sono stati in grado di far luce sull'origine del rumore 1/f utilizzando una serie di campioni di grafene multistrato con uno spessore che variava continuamente da circa 15 piani atomici a un singolo strato di grafene. Il grafene è un cristallo di carbonio spesso un atomo con proprietà uniche, compresa una conduttività elettrica e termica superiore, resistenza meccanica e assorbimento ottico unico.

Oltre a Balandin, che è anche il presidente fondatore del programma di scienza e ingegneria dei materiali presso UC Riverside, il team di ricercatori comprendeva:Il team comprendeva:Guanxiong Liu, un ricercatore associato nel Nano-Device Laboratory (NDL) di Balandin; Michael S.Shur, Patricia W. e C. Sheldon Roberts Professore di Solid State Electronics presso RPI; e Sergey Rumyantsev, professore di ricerca presso RPI e Ioffe Institute.

"La chiave di questo interessante risultato è stata che, a differenza dei film metallici o semiconduttori, lo spessore dei multistrati di grafene può essere variato in modo continuo e uniforme fino a un singolo strato atomico di grafene, la "superficie" definitiva del film, " Disse Balandin. "Così, siamo stati in grado di realizzare con i film di grafene multistrato qualcosa che i ricercatori non hanno potuto fare con i film di metallo nel secolo scorso. Abbiamo sondato direttamente l'origine del rumore 1/f."

Ha aggiunto che studi precedenti non potevano testare film metallici con spessori inferiori a circa otto nanometri. Lo spessore del grafene è di 0,35 nanometri e può essere aumentato gradualmente, un piano atomico alla volta.

"A parte la scienza fondamentale, i risultati riportati sono importanti per continuare il downscaling dei dispositivi elettronici convenzionali, " Ha detto Balandin. "La tecnologia attuale è già al livello in cui molti dispositivi diventano essenzialmente delle superfici. In questo senso, la scoperta va oltre il campo del grafene."

Ha anche notato che lo studio era essenziale per le applicazioni proposte del grafene nei circuiti analogici, comunicazioni e sensori. Questo perché tutte queste applicazioni richiedono livelli accettabilmente bassi di rumore 1/f, che contribuisce al rumore di fase dei sistemi di comunicazione e limita la sensibilità e la selettività del sensore.

I risultati della ricerca sono stati pubblicati sulla rivista Lettere di fisica applicata .