I ricercatori hanno creato il primo semiconduttore funzionale realizzato in grafene: la nuova tecnologia potrebbe essere molto utile.
I ricercatori del Georgia Institute of Technology hanno realizzato il primo semiconduttore funzionale al mondo in grafene, un materiale costituito da singolo foglio di atomi di carbonio tenuti insieme dai legami più forti conosciuti.
I semiconduttori, ovvero materiali che conducono l’elettricità in condizioni specifiche, sono componenti fondamentali dei dispositivi elettronici. La svolta del team spalanca la porta a un nuovo modo di fare elettronica. La loro scoperta arriva in un momento in cui il silicio, il materiale di cui sono fatti quasi tutti i dispositivi elettronici moderni, sta raggiungendo il suo limite a fronte di calcoli sempre più veloci e di dispositivi elettronici più piccoli. Di seguito, ecco tutto ciò che c’è da sapere sulla scoperta scientifica.
Un nuovo tipo di semiconduttore in grafene: tutti i vantaggi
Walter de Heer, professore di fisica presso la Georgia Tech, ha guidato un team di ricercatori con sede ad Atlanta, Georgia, e Tianjin, Cina, per produrre un semiconduttore in grafene compatibile con i metodi di elaborazione microelettronica convenzionali: una necessità per qualsiasi alternativa praticabile al silicio. In quest’ultima ricerca, pubblicata su Nature, de Heer e il suo team hanno superato l’ostacolo fondamentale che ha afflitto la ricerca sul grafene per decenni e il motivo per cui molti pensavano che non avrebbe mai funzionato: il grafene non aveva un band gap, ovvero una proprietà elettronica cruciale che consente ai semiconduttori di accendersi e spegnersi.
“Ora disponiamo di un semiconduttore di grafene estremamente robusto con 10 volte la mobilità del silicio e che ha anche proprietà uniche non disponibili nel silicio”, ha affermato de Heer. L’esperto ha iniziato a esplorare materiali a base di carbonio come potenziali semiconduttori all’inizio della sua carriera, per poi passare al grafene 2D nel 2001. “Siamo stati motivati dalla speranza di introdurre tre proprietà speciali del grafene nell’elettronica”, ha affermato. “È un materiale estremamente robusto, in grado di gestire correnti molto grandi e di farlo senza surriscaldarsi e cadere a pezzi.”
De Heer ha ottenuto una svolta quando hanno prodotto il grafene epitassiale. Il team ha scoperto che, quando veniva realizzato correttamente, quest’ultimo si legava chimicamente al carburo di silicio e iniziava a mostrare proprietà semiconduttrici. Nel decennio successivo, hanno continuato a perfezionare il materiale presso la Georgia Tech e successivamente in collaborazione con i colleghi del Centro internazionale per le nanoparticelle e i nanosistemi presso l’Università di Tianjin in Cina. De Heer ha fondato il centro nel 2014 con Lei Ma, direttore del centro e coautore dell’articolo.
Le misurazioni del team hanno mostrato che il loro semiconduttore di grafene ha una mobilità 10 volte maggiore rispetto al silicio. In altre parole, gli elettroni si muovono con una resistenza molto bassa, il che, in elettronica, si traduce in un calcolo più veloce. “È come guidare su una strada sterrata invece di guidare su un’autostrada”, ha detto de Heer. “È più efficiente, non si riscalda tanto e consente velocità più elevate in modo che gli elettroni possano muoversi più velocemente”. Il prodotto del team è attualmente l’unico semiconduttore bidimensionale che possiede tutte le proprietà necessarie per essere utilizzato nella nanoelettronica. Le proprietà elettriche sono di gran lunga superiori a qualsiasi altro semiconduttore 2D attualmente in sviluppo.