I chip dei computer utilizzano miliardi di minuscoli interruttori, chiamati transistor, per elaborare le informazioni. Più transistor su un chip, più veloce è il computer.

Un materiale a forma di elica di DNA unidimensionale potrebbe spingere ulteriormente i limiti delle dimensioni di un transistor. Il materiale proviene da un elemento delle terre rare chiamato tellurio.

I ricercatori hanno scoperto che il materiale, incapsulato in un nanotubo di nitruro di boro, aiuta a costruire un transistor ad effetto di campo con un diametro di due nanometri. I transistor sul mercato sono realizzati in silicio più voluminoso e hanno una scala compresa tra 10 e 20 nanometri.

La ricerca è pubblicata sulla rivista Elettronica della natura . Gli ingegneri della Purdue University hanno eseguito il lavoro in collaborazione con la Michigan Technological University, Washington University di St. Louis, e l'Università del Texas a Dallas.

Negli ultimi anni, i transistor sono stati costruiti piccoli come pochi nanometri in ambienti di laboratorio. L'obiettivo è costruire transistor delle dimensioni degli atomi.

Il laboratorio di Peide Ye a Purdue è uno dei tanti gruppi di ricerca che cercano di sfruttare materiali molto più sottili del silicio per ottenere transistor sia più piccoli che più performanti.

"Questo materiale di tellurio è davvero unico. Costruisce un transistor funzionale con il potenziale per essere il più piccolo al mondo, " ha detto Sì, Richard J. e Mary Jo Schwartz di Purdue Professore di Ingegneria Elettrica e Informatica.

Nel 2018, lo stesso gruppo di ricerca di Purdue ha scoperto il tellurene, un materiale bidimensionale derivato dal tellurio. Hanno scoperto che i transistor realizzati con questo materiale potrebbero trasportare molta più corrente elettrica, rendendoli più efficienti.

La scoperta li ha resi curiosi di sapere cos'altro potrebbe fare il tellurio per i transistor. La capacità dell'elemento di assumere la forma di un materiale ultrasottile in una dimensione potrebbe aiutare a ridimensionare ulteriormente i transistor.

Un modo per ridurre i transistor ad effetto di campo, del tipo che si trova nella maggior parte dei dispositivi elettronici, consiste nel costruire le porte che circondano i nanofili più sottili. Questi nanofili sono protetti all'interno di nanotubi.

Jing-Kai Qin e Pai-Ying Liao, Dottorandi in ingegneria elettrica e informatica Purdue, ha condotto il lavoro per capire come rendere il tellurio piccolo quanto una singola catena atomica e quindi costruire transistor con queste catene atomiche o nanofili ultrasottili.

Hanno iniziato a far crescere catene unidimensionali di atomi di tellurio. Il laboratorio di Wenzhuo Wu a Purdue ha sintetizzato nanofili di tellurio nudo per il confronto. Un team guidato da Li Yang della Washington University ha simulato come potrebbe comportarsi il tellurio.

I ricercatori sono rimasti sorpresi nello scoprire che gli atomi in queste catene unidimensionali oscillano. Queste oscillazioni sono state rese visibili attraverso l'imaging TEM eseguito da Moon Kim presso l'Università del Texas a Dallas e Hai-Yan Wang a Purdue.

"Gli atomi di silicio sembrano diritti, ma questi atomi di tellurio sono come un serpente. Questo è un tipo di struttura molto originale, "Hai detto.

Le oscillazioni erano gli atomi che si legavano fortemente tra loro in coppie per formare catene elicoidali simili al DNA, poi si accumulano attraverso forze deboli chiamate interazioni di van der Waals per formare un cristallo di tellurio.

Queste interazioni di van der Waals distinguerebbero il tellurio come materiale più efficace per singole catene atomiche o nanofili unidimensionali rispetto ad altri perché è più facile da inserire in un nanotubo, Hai detto.

Poiché l'apertura di un nanotubo non può essere inferiore alla dimensione di un atomo, eliche di atomi di tellurio potrebbero ottenere nanofili più piccoli e, perciò, transistor più piccoli.

I ricercatori hanno costruito un transistor con un nanofilo di tellurio incapsulato in un nanotubo di nitruro di boro, fornito dal laboratorio del professore di fisica Yoke Khin Yap presso la Michigan Technological University. Un nanotubo di nitruro di boro di alta qualità isola efficacemente il tellurio, rendendo possibile la costruzione di un transistor.

Il laboratorio di Xianfan Xu a Purdue ha caratterizzato le proprietà del materiale con la spettroscopia Raman per valutare le sue prestazioni.

"Questa ricerca rivela di più su un materiale promettente che potrebbe raggiungere un'elaborazione più veloce con un consumo energetico molto basso utilizzando questi minuscoli transistor, " ha detto Joe Qiu, responsabile del programma per l'Ufficio di ricerca dell'esercito degli Stati Uniti, che ha finanziato questo lavoro. "Quella tecnologia avrebbe importanti applicazioni per l'esercito".