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Tecnologia

I microprocessori del futuro useranno il carbonio al posto del silicio

Per la prima volta, un transistor a nanotubi di carbonio ha battuto un transistor in silicio, spianando la strada per telefoni e computer molto più veloci.

Un gruppo di ricercatori dell'università del Wisconsin è riuscito finalmente a creare ciò che gli esperti di nanotecnologie sognano da decenni: un transistor a nanotubi di carbonio che è quasi due volte più veloce del suo equivalente in silicio. Stando ai ricercatori, questi transistor a nanotubi di carbonio apriranno probabilmente le porte a telefoni e computer con batterie molto più durature e una capacità di elaborazione di gran lunga più veloce di quelli fatti di chip di silicio che usiamo oggi.

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"Realizzare dei transistor a nanotubi di carbonio migliori di quelli in silicio rappresenta un evento epocale," ha detto Michael Arnold, che insegna scienza e ingegneria dei materiali all'università del Wisconsin. "Questo traguardo è stato il sogno della nanotecnologia degli ultimi 20 anni."

È risaputo da tempo che i nanotubi di carbonio—che sono in pratica delle cannucce fatte di carbonio spesse quanto un atomo—vantano una gran quantità di proprietà incredibili, tipo essere 100 volte più resistenti del metallo, ma comunque in grado di deformarsi. I nanotubi di carbonio sono anche uno dei materiali più conduttivi mai scoperti, fattore che li rende ideali per impieghi in cui tanta corrente elettrica deve passare per un'area piccola, come appunto nei transistor (interruttori elettrici) che compongono l'unità di calcolo centrale in un computer.

Nonostante l'ovvio potenziale delle tecnologie a base di nanotubi di carbonio, la fase di sviluppo è stata lenta. Il problema era dato dall'impossibilità di isolare nanotubi di carbonio puri—la maggior parte di quelli prodotti avevano piccole impurità metalliche che condizionavano negativamente le capacità da semiconduttore del materiale.

Ora invece, grazie a una nuova tecnica sviluppata dall'università del Wisconsin che nel 2014 i ricercatori hanno definito auto-assemblaggio evaporativo galleggiante, sono stati in grado di sviluppare nanotubi di carbonio ultra-puri, integrabili in un transistor. Questa tecnica funziona sfruttando le proprietà auto-assemblanti dei nanotubi di carbonio in una soluzione di polimeri, che permette anche ai ricercatori di manipolare la spaziatura corretta dei nanotubi ultra-puri su un wafer.

Il risultato finale sono nanotubi con meno dello 0,01 percento di impurità metallica, integrati su un transistor che è riuscito a raggiungere una corrente 1,9 volte più alta di quanto avvenga con i transistor in silicio più all'avanguardia che usiamo oggi.

Ad ogni modo, si tratta solo della punta dell'iceberg: sulla base di ciò che sappiamo dei nanotubi in carbonio oggi, i ricercatori ritengono che i transistor del futuro che utilizzeranno questa nanotecnologia saranno in grado di arrivare a prestazioni cinque volte più veloci e usare un quinto dell'energia degli equivalenti in silicio.

"C'è stato un certo clamore relativo a nanotubi di carbonio che non sono poi stati realizzati, e questo ha portato molte persone a essere scettiche," ha detto Arnold. "Noi pensiamo invece che l'entusiasmo sia ben riposto. Ci sono volute decine di anni di lavoro perché la scienza dei materiali arrivasse dove è ora e ci permettesse di imbrigliare con successo questi materiali."