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NUOVI MATERIALI: IL GRAFENE

LA MITICA RADIOLINA IERI E OGGI

Categoria // ICT e Tecnologie Digitali, Grafene

Ricordate la “radiolina” a transistor? Oggi Il grafene dispone di proprietà elettroniche uniche, derivanti proprio dalla sua struttura bidimensionale ed è un materiale ad altissima conducibilità elettrica. Ciò ne fa la base ideale per una futura generazione di dispositivi elettronici più piccoli, più potenti e più veloci.

radio a transistor
Radio a transistor
Nel 1965, Gordon Moore, cofondatore di Intel, ipotizzò che il numero di transistor - i più comuni dispositivi elettronici nonché componenti fondamentali dei processori sui chip - sarebbe raddoppiato ogni 24 mesi circa. Questo incremento avrebbe comportato un continuo aumento delle prestazioni dei processori. La legge di Moore, che è ancora valida ai giorni nostri, fu riformulata alla fine degli anni ottanta ed elaborata nella sua forma definitiva: il numero di componenti elettroniche per chip raddoppia ogni 18 mesi.
L’innovazione tecnologica che ha determinato il considerevole incremento delle prestazioni dei computer negli ultimi decenni potrebbe essere alla fine, in parte perché il silicio sta raggiungendo i suoi limiti fisici di scala.

Gli attuali processori per computer a base di silicio possono garantire solo un limitato numero di operazioni al secondo perché gli elettroni nel silicio non possono muoversi abbastanza velocemente. Il grafene potrebbe essere la soluzione ottimale per sviluppare i microprocessori di nuova generazione e superare i limiti della tecnologia al silicio.
 
Costituito da uno strato monoatomico di atomi di carbonio (cioè con lo spessore di un solo atomo) il grafene dispone anzitutto di proprietà elettroniche uniche, derivanti proprio dalla sua struttura bidimensionale. Il grafene è un materiale ad altissima conducibilità elettrica, il che ne fa la base ideale per una futura generazione di transitor: i dispositivi a base di grafene potrebbero essere molto più piccoli (consentendo di raggiungere i limiti fisici di scala), più potenti e più veloci.
 
Il grafene attualmente è studiato come via alternativa al silicio per la costruzione di transistor. Gli elettroni che si muovono lungo un piano di grafene sono dotati di altissima mobilità (circa 100 volte superiore rispetto al silicio) e consentirebbero la fabbricazione di transistor con una resistenza molto bassa, risultando in un’elevata velocità di operazione del dispositivo.

Inoltre, il grafene è un buon conduttore termico, consentendo al calore eventualmente generato di dissiparsi rapidamente. Grazie a questi e altri fattori (per esempio un’elevata resistenza meccanica), l’elettronica basata sul grafene può funzionare a velocità molto superiori. Le prestazioni del silicio, al momento, non vanno oltre il livello del gigahertz, mentre con il grafene si potranno raggiungere i mille gigahertz.
 
Arrotolando un piano di grafene su se stesso si ottengono i nanotubi di carbonio, le cui proprietà elettroniche derivano da quelle eccellenti del grafene. Questi sono un altro esempio di nanomateriali a base di carbonio, studiati anche questi per applicazioni elettroniche. Per essi la mobilità degli elettroni risulta molto elevata come nel grafene, comportando quindi alte prestazioni dei dispositivi elettronici a base di nanotubi.
 
In Italia le ricerche sull’impiego del grafene nel campo dell’elettronica sono a un livello avanzato di innovazione tecnologica grazie anche al lavoro di gruppi di ricerca quali quello del Dott. Roman Sordan, del Politecnico di Milano, Polo di Como. Questo gruppo ha sviluppato le prime porte logiche (il blocco principale di circuiti digitali nei microprocessori) a base di grafene, il primo circuito integrato a base di grafene e altri dispositivi quali celle di memoria a base di grafene.
 
La possibilità di superare, utilizzando proprio il grafene, i limiti fisici del silicio e quindi di continuare, come previsto da Moore, a miniaturizzare i componenti elettronici, avrà incredibili ricadute in tutti campi riducendo consumi e sprechi a favore di salute e ambiente.
 
www.directa-plus.com
Luisa Nicoletti

Pubblicato:

Martedì, 05 Aprile 2011

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