Nanofili realizzati in ossido di vanadio e piombo. Le proprietà elettriche uniche di questi cavi potrebbero renderli ideali per l'uso nella commutazione dei componenti dei computer. Immagine di Peter Marley, con aggiunta di colore.
(Phys.org)—Pochi materiali moderni hanno raggiunto la fama del silicio, un elemento chiave dei chip per computer e l'omonimo per la Silicon Valley, sede di alcune delle aziende tecnologiche più importanti del mondo.
La prossima generazione di computer, però, potrebbe non fare molto affidamento sul silicio.
I ricercatori dell'Università di Buffalo sono tra gli scienziati che lavorano per identificare i materiali che un giorno potrebbero sostituire il silicio per velocizzare l'elaborazione. La loro ultima scoperta:un bronzo all'ossido di vanadio le cui insolite proprietà elettriche potrebbero aumentare la velocità con cui le informazioni vengono trasferite e archiviate.
In Materiali funzionali avanzati , il team di ricerca riferisce di aver sintetizzato nanofili realizzati con ossido di vanadio e piombo.
La ragione per cui questi nanofili sono così speciali è che eseguono un trucco raro:se esposti a una tensione applicata vicino alla temperatura ambiente, i fili si trasformano da isolanti resistenti al trasporto di elettricità a metalli che conducono più facilmente elettricità.
Quando esposto a una tensione applicata vicino alla temperatura ambiente, questi nanofili si trasformano da isolanti elettrici a conduttori elettrici. Ogni filo è largo circa 180 nanometri. Immagine di Peter Marley, con aggiunta di colore.
Ciascuno di questi due stati, isolante e metallo, potrebbe rappresentare uno 0 o 1 nel codice binario utilizzato dai computer per codificare le informazioni, o per gli stati "on" e "off" che le macchine utilizzano per fare calcoli.
"La capacità di commutare elettricamente questi nanomateriali dallo stato on e off ripetutamente e a velocità più elevate li rende utili per l'informatica, ", ha affermato il coautore dello studio Sambandamurthy Ganapathy, a UB professori associati di fisica.
"La tecnologia di calcolo al silicio si sta scontrando con alcuni blocchi stradali fondamentali, comprese le velocità di commutazione, " ha aggiunto Sarbajit Banerjee, un altro co-autore e professore associato di chimica all'UB. "La transizione di fase indotta dalla tensione nel materiale che abbiamo creato fornisce un modo per effettuare tale interruttore a una velocità maggiore".
Come con altri nanomateriali, gli impatti sulla salute e sull'ambiente dei nanofili dovrebbero essere studiati prima del loro uso diffuso, soprattutto perché contengono piombo, Banerjee ammonito.
Banerjee e Ganapathy hanno supervisionato lo studio, apparso online il 17 agosto sulla rivista Advanced Functional Materials. Il dottorando di chimica UB Peter Marley è stato l'autore principale. Altri contributori includono Peihong Zhang, un professore associato di fisica UB, e studenti del gruppo di ricerca di Ganapathy.
Una caratteristica interessante del materiale che hanno sintetizzato è che mostra preziose proprietà elettriche solo in nanoforma. Questo perché i nanomateriali hanno spesso meno difetti rispetto alle loro controparti più ingombranti, Banerjee e Marley hanno spiegato.
Nel caso dei nanofili di ossido di piombo vanadio, la struttura distintiva dei fili è cruciale per la loro capacità di passare da un isolante a un metallo.
Nello specifico, in fase di isolamento, la posizione del piombo nella struttura cristallina dei nanofili induce pool di elettroni a raccogliersi in luoghi designati. Applicando una tensione, queste piscine si uniscono, permettendo all'elettricità di fluire liberamente attraverso di loro e trasformando il materiale in un metallo.
"Quando i materiali vengono coltivati alla rinfusa, ci sono molti difetti nei cristalli, e non vedi queste interessanti proprietà, " disse Marley. "Ma quando li coltivi su scala nanometrica, ti rimane un materiale più incontaminato."
