Premsa universitària de Catalunya, el País Valencià, les Illes Balears, Catalunya Nord, Andorra i l'Alguer|dijous, juliol 27, 2017
Sou aquí: Home » Recerca » La Flexoelectricitat ens porta més enllà de la llei de Moore / ICN2

La Flexoelectricitat ens porta més enllà de la llei de Moore / ICN2 

compartir

nnano.2015

· La “Llei de Moore”, segons la qual la capacitat dels xips es duplica aproximadament cada dos anys, s’apropa al seu límit: aviat no serà possible fer transistors més petits. Una nova carrera va més enllà d’aquesta llei i, amb el sobrenom de “more than Moore”, persegueix afegir noves funcionalitats als xips integrant materials intel·ligents sobre la seva base de silici.

· Investigadors del Grup ICN2 Nanoelectrònica d’Òxids han encapçalat una col·laboració internacional amb grups de recerca a Cornell (USA) i Twente (Holanda). que ha aconseguit crear el primer sistema microelectromecànic (MEMS) flexoelèctric integrat en silici. Els resultats han estat publicats aquesta setmana a “Nature Nanotechnology”.

· La flexoelectricitat és una propietat que permet generar energia elèctrica doblegant un material, o, inversament, fer que un material es doblegui aplicant-li un voltatge. Tot i que s’assembla a la piezoelectricitat, ofereix una sèrie d’avantatges: és una propietat universal de tots els materials aïllants, la qual cosa evita la necessitat d’emprar materials tòxics (els millors materials piezoelèctrics estan basats en el plom, els millors flexoelèctrics no). A més, la resposta flexoelèctrica és més gran com més petit és el dispositiu –la qual cosa la fa ideal per a la seva integració en microxips.

La revolució de les tecnologies de la informació ha estat tradicionalment sinònim d’empaquetar més xips en menys espai per tal d’augmentar la capacitat de computació. La famosa “llei de Moore”, que preveu que el nombre de transistors per xip es duplicarà cada dos anys, és el marc en el que es desenvolupava aquesta carrera tecnològica que ha aconseguit mantenir un ritme frenètic de millores durant molt de temps. Ara que la “llei de Moore” s’apropa als seus límits físics, guanya importància una estratègia alternativa per millorar els xips que va més enllà d’augmentar el nombre de transistors. Amb el sobrenom de “more than Moore” (“més que Moore”), investigadors d’arreu del món intenten afegir noves funcionalitats als xips integrant materials intel·ligents sobre l’encara omnipresent i indispensable base de silici.

Entre els anomenats materials intel·ligents, els piezoelèctrics destaquen per la seva capacitat de convertir una deformació mecànica en voltatge (que permet generar energia o carregar una bateria)  o bé, al contrari, modificar la seva forma quan se’ls aplica un voltatge (cosa que es pot aplicar, per exemple, en el disseny de ventiladors piezoelèctrics que refrigerin un circuit). Malgrat el seu interès, la integració de la piezoelectricitat amb la tecnologia basada en el silici és extremadament complexa. El nombre de materials piezoelèctrics és limitat i els piezoelèctrics més eficients són materials ferroelèctrics basats en el plom, amb implicacions ambientals importants. A més, les seves propietats es veuen molt afectades pels canvis de temperatura, fent que sigui difícil aprofitar-los en el context d’un ordinador típic amb components que poden assolir temperatures de fins a 150 graus Celsius.

Existeix, però, un altre tipus de propietat electromecànica que permet imitar les funcions d’un piezoelèctric, doblegant els materials en comptes d’apretar-los. Aquesta característica s’anomena flexoelectricitat i, tot i que fa gairebé mig segle que es coneix, generalment s’ha ignorat perquè els seus efectes són relativament dèbils i gairebé imperceptibles a la macroescala. Quan estudiem aquesta propietat a la nanoescala, però, la flexoelectricitat pot ser tan o més important que la piezoelectricitat: només cal tenir en compte que doblegar un material gruixut requereix molta energia, però doblegar una cosa ben prima resulta molt més senzill. A més, la flexoelectricitat ofereix altres propietats interessants: és una propietat universal de tots els dielèctrics, la qual cosa significa que podem evitar l’ús de materials tòxics basats en el plom, i es tracta d’una propietat més linear i independent de la temperatura que la piezoelectricitat d’un ferroelèctric.

Investigadors de l’Institut Català de Nanociència i Nanotecnologia (ICN2), un centre de recerca guardonat com a Centro de Excelencia Severo Ochoa ubicat al Campus de Bellaterra de la Universitat Autònoma de Barcelona, en col·laboració amb la University of Cornell (USA) i la University of Twente (Holanda), han aconseguit produir el primer sistema microelectromecànic (MEMS) flexoelèctric integrat en silici. Han descobert que a la nanoescala es mantenen les característiques avantatjoses de la flexoelectricitat i, a més, els resultats del seu primer prototip (palanques que es dobleguen en resposta a un voltatge) ja són comparables als de les micro-palanques piezoelèctriques més avançades. Si això no fos prou, la universalitat de la flexoelectricitat implica que bona part dels materials dielèctrics emprats actualment en la tecnologia dels transistors ja són flexoelèctrics. Així doncs, aquest treball obre la porta a la integració de funcionalitats electromecàniques “intel·ligents” sobre materials i tecnologies ja existents. Aquests resultats s’han publicat aquesta setmana a la revista Nature Nanotechnology.

El projecte, encapçalat pel Dr. Umesh Bhaskar i el Professor ICREA Gustau Catalan, del Grup Nanoelectrònica d’Òxids de l’ICN2 a Barcelona, s’ha finançat a través d’una European Research Council (ERC) Consolidator Grant i un Projecte espanyol del Plan Nacional de Excelencia Investigadora, juntament amb beques nacionals dels grups de Cornell i Twente.♦

Referència de l’Article:
Umesh Kumar Bhaskar1, Nirupam Banerjee2, Amir Abdollahi1, Zhe Wang3, Darrell G. Schlom3,4, Guus Rijnders2, and Gustau Catalan1,5; A flexoelectric microelectromechanical system on silicon. Nature Nanotechnology, DOI: 10.1038/nnano.2015.260 (November 16th, 2015).
http://www.nature.com/nnano/journal/vaop/ncurrent/full/nnano.2015.260.html

Related posts: