Transistor al grafene, un altro passo avanti

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Pubblicato il: 04/11/2011
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Due studi arrivano, con percorsi diversi, alla stessa conclusione: è possibile far si che tre strati di grafene, opportunamente disposti, si comportino come un semiconduttore. Più vicini al transistor

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Rendering di molecole di grafene
Rendering di molecole di grafene
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Roma – Grafene, il materiale dei miracoli. Resistente, flessibile e conduttore elettrico. Dalle possibilità molto ampie. La sua conduttività è particolare, gli elettroni si muovono in maniera irrazionale rispetto a quanto si conosceva finora: cambiano direzione solo in corrispondenza dei confini dei cristalli e in corrispondenza dei difetti, riducendo di molto la resistenza. Ciò è, al contempo, una benedizione e una maledizione: l’elettronica moderna fa affidamento su materiali che possono essere commutati da conduttore a non conduttore tramite una tensione di controllo. Se, in natura, il grafene conduce e questa capacità non si può alterare, per l’elettronica serve a poco. Ma ora un paio di studi riportati in Nature Physics lasciano ben sperare che non tutto sia perduto: sembra che, con le giuste strutture, tre livelli diversi di grafene riescano proprio in quello scopo, quello di commutarne la conduttività in presenza di una tensione di controllo.

Tutto questo perché il grafene non conduce come un qualsiasi metallo. Nei metalli ci sono enormi quantità di elettroni liberi di muoversi e che occupano una infinità di stati. L’energia si manifesta quando essi non sono “attaccati” agli atomi, mentre nel grafene c’è un comportamento di per sé più simile a quello dei semiconduttori: in esso gli elettroni possono avere un numero finito di stati. Quelli a più bassa energia hanno stati che in pratica, però, quasi coincidono con quelli a più alti livelli.

Poiché si tratta di livelli energetici diversi ma solo di poco, la speranza è che manipolando il grafene si riesca a differenziarli maggiormente. Riuscendo si creerebbe quel gap necessario a distinguere i livelli energetici degli elettroni liberi da quelli degli elettroni appartenenti a un atomo. Se tale distinzione si potesse avere “a comando” (elettrico), ecco che sarebbe aperta la strada per avere elettronica basata sul grafene: le aziende vi si avventerebbero, con grande felicità loro e dei loro azionisti. Ma come farlo?

Con un livello di grafene non ci si riesce, già ci hanno provato. Con due livelli si riesce a cambiare stato, ma non “a comando”. Con un terzo livello, a quanto sembra, ci si riesce: gli esagoni della struttura sono disposti in modo che il secondo strato risulti leggermente disallineato rispetto al primo, mentre il terzo risulti anch’esso disallineato rispetto al secondo ma allineato rispetto al primo. Così facendo, non solo si rileva quel gap, ma si è visto che, applicando una differenza di potenziale, si riesce a far assumere allo strato superiore lo stesso stato di quello inferiore.

Sono diversi i ricercatori che ci hanno lavorato, da sei o sette istituzioni di ricerca diverse. Hanno pubblicato due diversi studi in cui dimostrano che se si cambia il modo in cui si sovrappongono gli strati di grafene, si riesce a ottenere un cambio di stato controllato. Hanno provato con diversi posizionamenti delle strutture.

Benché i due gruppi abbiano raggiunto il risultato con presupposti scientifici diversi e in maniere diverse, il grande risultato che ne deriva è che, in ogni caso, con tre strati di grafene opportunamente disposti si è giunti a qualcosa che, nel comportamento, è assimilabile a un semiconduttore.

Va aggiunto che il grafene è facile da produrre ed altrettanto facile è produrre delle strutture fatte di grafene. Quel che è ora la vera sfida è disporre gli strati di grafene in un certo modo, dunque è proprio qui che la ricerca sembra doversi concentrare prima che un qualcosa di assimilabile a un prodotto usabile lasci i laboratori.

La strada, però, a questo punto è aperta: c’è una maniera per far si che il comportamento sia assimilabile a quello di un semiconduttore. Simili notizie lanciate dal mondo scientifico, tra l’altro, hanno il “benefico” effetto di stimolare ulteriori finanziamenti da parte delle industrie, che non aspettano altro se non una novità “accecante” in questo campo.

Gli studi sono entrambi reperibili su Nature Physics, qui il primo e qui il secondo.

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