O silício (Si) forma a base da maioria dos dispositivos semicondutores modernos, mas à medida que os componentes diminuem e são empacotados mais próximos uns dos outros, geram mais calor e se aproximam dos limites de desempenho fundamental. O germânio (Ge), que apareceu em alguns dos primeiros transistores da década de 1950, está atraindo um novo interesse porque os pesquisadores estão encontrando maneiras de aproveitar suas características elétricas superiores enquanto mantêm os benefícios dos métodos de produção de silício estabelecidos.

Nova Quebra de Material Usando Germânio Estirado em Silício

Em um estudo publicado na Materials Today, uma equipe liderada pelo Dr. Maksym Myronov da Universidade de Warwick demonstrou um grande avanço para a eletrônica de próxima geração. Os pesquisadores criaram uma epilayer de germânio com espessura de nanômetros sobre silício que está sob compressão. Esta estrutura engenheirada permite que a carga elétrica se mova mais rápido do que em qualquer material compatível com silício conhecido anteriormente.

Dr. Maksym Myronov, Professor Associado e líder do Grupo de Pesquisa em Semicondutores, do Departamento de Física da Universidade de Warwick, explica: “Semicondutores tradicionais de alta mobilidade, como o arsenieto de gálio (GaAs), são muito caros e impossíveis de serem integrados com a fabricação de silício convencional. Nosso novo material quântico de germânio em silício sob compressão (cs-GoS) combina mobilidade líder mundial com escalabilidade industrial — um passo chave em direção a circuitos integrados quânticos e clássicos em larga escala.”

Como a Equipe Alcançou Mobilidade Ultra-Alta

Os pesquisadores criaram o material inovador ao crescer uma camada fina de germânio em um wafer de silício e, em seguida, aplicaram uma quantidade precisa de compressão. Isso produziu uma estrutura cristalina excepcionalmente pura e ordenada que permite que a carga elétrica passe com resistência mínima.

Quando testado, o material alcançou uma mobilidade de lacunas de 7,15 milhões de cm² por volt-segundo (comparado a ~450 cm² no silício industrial), um resultado sem precedentes que indica que elétrons e lacunas podem viajar através dele muito mais facilmente do que através do silício convencional. Essa melhoria pode levar a dispositivos eletrônicos que operam mais rapidamente e consomem menos energia.

Implicações para a Eletrônica Futura e Tecnologias Quânticas

Dr. Sergei Studenikin, Pesquisador Principal no Conselho Nacional de Pesquisa do Canadá, afirma: “Isso estabelece um novo padrão para o transporte de carga em semicondutores de grupo IV — os materiais no coração da indústria eletrônica global. Isso abre a porta para eletrônicos mais rápidos e energeticamente eficientes e dispositivos quânticos que são totalmente compatíveis com a tecnologia de silício existente.”

As descobertas estabelecem uma nova rota promissora para componentes semicondutores ultra-rápidos e de baixo consumo de energia. Possíveis aplicações incluem sistemas de informação quântica, qubits de spin, controladores criogênicos para processadores quânticos, aceleradores de IA e servidores energeticamente eficientes projetados para reduzir as demandas de resfriamento em data centers.

Esta conquista também representa um resultado significativo para o Grupo de Pesquisa em Semicondutores de Warwick e destaca a crescente influência do Reino Unido na pesquisa de materiais semicondutores avançados.