L'elettronica trasparente è il futuro, secondo ricercatori tra cui José A. Flores-Livas e Miglė Graužinytė del gruppo di ricerca guidato da Stefan Goedecker, Professore di Fisica Computazionale all'Università di Basilea. Però, il relativo sviluppo tecnologico procede a rilento a causa della carenza di alcuni semiconduttori trasparenti con un alto livello di conduttività.

Impurità per l'ottimizzazione

Le proprietà elettroniche o ottiche dei semiconduttori possono essere manipolate e ottimizzate utilizzando appropriate impurità nel materiale. Questo doping con impurità, per esempio nei transistor, cambia la densità dei portatori di carica, aumentando così la conducibilità.

Identificazione delle impurezze adatte nella tavola periodica, però, spesso comporta anni di costose sperimentazioni di laboratorio. I ricercatori stanno tentando di accelerare questo processo utilizzando simulazioni al computer. Usano questi per calcolare i candidati più promettenti sulla base di leggi fisiche che descrivono l'interazione tra l'impurità e il materiale del conduttore. I potenziali candidati possono quindi essere testati in laboratorio in modo mirato.

Carenza di conduttori speciali ad alte prestazioni

I ricercatori dell'Università di Basilea hanno utilizzato il supercomputer Piz Daint per eseguire simulazioni così complesse con l'obiettivo di trovare impurità adatte che possono essere utilizzate per produrre conduttori trasparenti. Ma quando si tratta di conduttori trasparenti, la principale carenza è di conduttori ad alte prestazioni noti come P-Type (portatori di carica positiva) in cui l'impurità impiantata ha un elettrone in meno. Al contrario, i conduttori noti come N-Type (portatori carichi negativamente) sono drogati con elementi che hanno, per così dire, un elettrone di riserva.

Secondo i ricercatori, è stato recentemente scoperto che il monossido di stagno ecologico e abbondante in terra potrebbe essere un materiale molto promettente per la produzione di conduttori di tipo P trasparenti e ad alte prestazioni. È adatto anche per il cosiddetto doping ambipolare, che è quando entrambi i portatori di carica negativi e positivi sono combinati in conduttori bipolari. Però, finora sono stati esaminati solo una manciata di elementi che potrebbero essere adatti come impurezze per dotare il semiconduttore a base di monossido di stagno delle proprietà desiderate.

Metalli alcalini promettenti

Attraverso i loro calcoli, i ricercatori hanno identificato i metalli alcalini come pieni di potenziale. Sono stati in grado di identificare cinque metalli alcalini (litio, sodio, potassio, rubidio e cesio) che potrebbero essere introdotti nel monossido di stagno per consentire semiconduttori di tipo P trasparenti e ad alte prestazioni. Inoltre, secondo i ricercatori, i calcoli hanno stabilito 13 elementi idonei al drogaggio con portatori di carica di tipo N in monossido di stagno. "Se questi elementi possono essere introdotti con successo nel monossido di stagno e può essere prodotto il semiconduttore desiderato, questo aprirebbe nuove strade per una gamma di tecnologie trasparenti, "dice Flores-Livas.