Nuovi transistor: ecco il materiale migliore del silicio e del grafene

Nuovo materiale per transistor migliore di silicio e grafeneI chip elettronici più piccoli e più efficienti sul piano energetico possono essere realizzati con la molibdenite. In un articolo apparso on-line 30 gennaio sulla rivista Nature Nanotechnology, il laboratorio EPFL di Elettronica e Strutture Nanoscalari pubblica uno studio che dimostra che questo materiale presenta vantaggi rispetto al silicio tradizionale o al grafene per l’uso in applicazioni elettroniche.
Una scoperta fatta al Politecnico di Losanna potrebbe svolgere un ruolo importante nel campo dell’elettronica, permettendoci di creare transistor che sono più piccoli e più efficienti. La ricerca ha rivelato che la molibdenite, o MoS2, è un semiconduttore molto efficace. Questo minerale, che è abbondante in natura, è spesso usato come elemento in leghe di acciaio o come additivo nei lubrificanti. Ma non era ancora stato ampiamente studiato per l’impiego in elettronica.

100.000 volte meno energia del silicio

“E ‘un materiale bidimensionale, molto sottile e facile da usare nel campo delle nanotecnologie. Ha potenziale reale nella fabbricazione di piccoli transistor, diodi emettitori di luce (LED) e celle solari,” dice il professor Andras Kis, i cui colleghi M. Radisavljevic, Prof. Radenovic e M. Brivio hanno lavorato con lui sullo studio. Egli paragona i suoi vantaggi con altri due materiali: il silicone, attualmente la componente primaria utilizzata nei chip elettronici e informatici, e il grafene, la cui scoperta nel 2004, ha guadagnato ai fisici dell’Università di Manchester Andre Geim e Konstantin Novoselov il Premio Nobel per la Fisica nel 2010.
Uno dei vantaggi della molibdenite è che è meno voluminoso del silicio, che è un materiale tridimensionale. “In un foglio di MoS2 dello spessore di 0,65 nanometri, gli elettroni possono muoversi facilmente come in un foglio di silicio dello spessore di 2 nanometri”, spiega Kis. “Ma non è attualmente possibile fabbricare un foglio di silicio sottile quanto un foglio monostrato di MoS2.” Un altro vantaggio della molibdenite è che può essere usata per creare transistor che consumano 100.000 volte meno energia in stand-by dei transistor di silicio tradizionali. Un semiconduttore con un “gap” deve essere utilizzato per accendere e spegnere un transistore, e il gap di 1,8 elettronvolt della molibdenite è ideale per questo scopo.

Meglio del grafene

Nella fisica dello stato solido, la teoria delle bande è un modo di rappresentare l’energia degli elettroni in un dato materiale. Nei semi-conduttori, esistono spazi privi di elettroni tra queste bande, i cosiddetti “band gap”. Se la distanza non è troppo piccola o troppo grande, alcuni elettroni possono saltare attraverso il gap. Offre quindi un maggiore livello di controllo sul comportamento elettrico del materiale, che può essere attivata e disattivata con facilità.
L’esistenza di questo gap nella molibdenite dà anche un vantaggio rispetto al grafene. Considerato oggi da molti scienziati come il materiale dell’elettronica del futuro, il “semi-metallo” grafene non ha un gap, ed è molto difficile riprodurne uno artificialmente nel materiale.

Articolo Originale (in inglese)

Articolo di approfondimento (in inglese)

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