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Será que 2-D Tin ser a próxima Super material?

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Teóricos Prever Novo Single-Layer material poderia ir além Grafeno, conduzir eletricidade com uma eficiência de 100 por cento na temperatura ambiente

 Menlo Park, Califórnia – Uma única camada de átomos de estanho pode ser o primeiro material do mundo para conduzir eletricidade com uma eficiência de 100 por cento nas temperaturas que chips de computadores operam, de acordo com uma equipe de físicos teóricos liderados por pesquisadores do Departamento de Energia dos EUA ( DOE) SLAC National Accelerator Laboratory e da Universidade de Stanford.

Os pesquisadores chamam o novo material “stanene”, combinando o nome latino para estanho ( stannum ) com o sufixo usado no grafeno, um outro material de camada única, cujas propriedades elétricas novela uma promessa para uma ampla gama de aplicações.

“Stanene poderia aumentar a velocidade e reduzir as necessidades energéticas de futuras gerações de chips de computador, se a nossa previsão é confirmada por experimentos que estão em andamento em vários laboratórios ao redor do mundo”, disse o líder da equipe, Shoucheng Zhang, professor de física na Universidade de Stanford e Instituto Stanford para Materiais e Ciências Energia (SIMES), um instituto comum com SLAC. O trabalho da equipe foi publicado recentemente na revista Physical Review Letters .

O Caminho para Stanene

Na última década, Zhang e seus colegas foram calcular e prever as propriedades eletrônicas de uma classe especial de materiais conhecidos como isolantes topológicos, que conduzem eletricidade apenas em suas bordas ou superfícies externas e não através de seus interiores. Quando isolantes topológicos são apenas um átomo de espessura, suas bordas conduzir eletricidade com uma eficiência de 100 por cento. Estas propriedades incomuns resultam de interacções complexas entre os elétrons e núcleos de átomos pesados ​​nos materiais.

“A magia de isoladores topológicos é que pela sua própria natureza, eles forçam os elétrons se movem em faixas definidas, sem qualquer limite de velocidade, como o autobahn alemã”, disse Zhang. “Enquanto eles estão na estrada – as bordas ou superfícies – os elétrons vão viajar sem resistência.”

Em 2006 e 2009, o grupo de Zhang previu que telureto de mercúrio e várias combinações de bismuto, antimônio, selênio e telúrio deveria ser isolantes topológicos, e eles foram logo comprovado direito em experimentos realizados por outros. Mas nenhum desses materiais é um condutor perfeito da eletricidade à temperatura ambiente, o que limita seu potencial para aplicações comerciais.

No início deste ano, cientista visitante Yong Xu, que está agora na Universidade de Tsinghua, em Pequim, colaborou com o grupo de Zhang considerar as propriedades de uma única camada de estanho puro.

“Nós sabíamos que deveríamos estar a olhar para os elementos na parte inferior direita da tabela periódica”, disse Xu. “Todos os isoladores topológicos anteriores envolveram os elementos pesados ​​e rico em elétrons localizados lá.”

Os seus cálculos indicaram que uma única camada de estanho seria um isolante topológico em e acima da temperatura ambiente, e que a adição de átomos de flúor a lata iria aumentar a sua gama de funcionamento de pelo menos 100 graus Celsius (212 graus Fahrenheit).

Em última análise, um substituto para o silício?

Zhang disse que o primeiro pedido de esta combinação stanene-flúor poderia ser na fiação que liga as várias seções de um microprocessador, permitindo que os elétrons fluam livremente como carros em uma estrada. O congestionamento do tráfego ainda ocorrer em on-e off-rampas feitas de condutores convencionais, disse ele.Mas fiação stanene deve reduzir significativamente o consumo de energia e produção de calor dos microprocessadores.

Desafios de produção incluem a garantia de que apenas uma única camada de estanho é depositado e manter essa única camada intacta durante os processos de fabricação de chips de alta temperatura.

“Eventualmente, podemos imaginar stanene sendo usado por muitos mais estruturas do circuito, incluindo a substituição de silicone nos corações de transistores”, disse Zhang. “Um dia podemos até chamar esta área Tin vale mais do que o Vale do Silício”.

Contribuidores adicionais incluíram pesquisadores da Universidade de Tsinghua, em Pequim e do Instituto Max Planck de Física Química de Sólidos em Dresden, Alemanha. A pesquisa foi apoiada pelo programa Mesodynamic Arquiteturas da Defesa Projetos de Pesquisa Avançada Agência.

SLAC é um laboratório multi-programa de explorar questões de fronteira em ciência fóton, astrofísica, física de partículas e de pesquisa do acelerador. Localizado em Menlo Park, Califórnia, SLAC é operado pela Universidade de Stanford para o Departamento de Energia Escritório de Ciência dos EUA. Para saber mais, visite www.slac.stanford.edu .

O Instituto de Stanford para Materiais e Ciências da Energia (Simes) é um instituto comum do SLAC National Accelerator Laboratory e da Universidade de Stanford. SIMES estuda a natureza, as propriedades e síntese de materiais complexos e inovadores no esforço para criar, tecnologias limpas de energia renovável. Para mais informações, por favor visite simes.slac.stanford.edu .

Instituto de Ciência do DOE é o maior defensor da pesquisa básica nas ciências físicas nos Estados Unidos, e está trabalhando para resolver alguns dos desafios mais prementes do nosso tempo. Para mais informações, por favor visite science.energy.gov .

Citação: Yong Xu et al ., Physical Review Letters , 27 de setembro de 2013 (10.1103/PhysRevLett.111.136804)


Assessoria de Imprensa Contato: 
Andy Freeberg, SLAC National Accelerator Laboratory:  afreeberg@slac.stanford.edu , (650) 926-4359

Cientista Contato:
Shoucheng Zhang, SLAC / Stanford University:  sczhang@stanford.edu , (650) 723-2894

 

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