Un nuovo transistor in grado di rivoluzionare le tecnologie per l'imaging medico e lo screening di sicurezza è stato sviluppato dai ricercatori del grafene delle Università di Manchester e Nottingham.

Scrivendo in Comunicazioni sulla natura , i ricercatori segnalano il primo transistor a base di grafene con caratteristiche bistabili, il che significa che il dispositivo può commutare spontaneamente tra due stati elettronici. Tali dispositivi sono molto richiesti come emettitori di onde elettromagnetiche nella gamma ad alta frequenza tra radar e infrarossi, rilevante per applicazioni quali i sistemi di sicurezza e l'imaging medico.

La bistabilità è un fenomeno comune:un sistema simile a un'altalena ha due stati equivalenti e piccole perturbazioni possono innescare il passaggio spontaneo tra di loro. Il modo in cui si muovono gli elettroni portatori di carica nei transistor al grafene rende questa commutazione incredibilmente veloce:trilioni di interruttori al secondo.

Il grafene, il materiale delle meraviglie, è il più sottile al mondo, materiale più resistente e conduttivo, e ha il potenziale per rivoluzionare un numero enorme di applicazioni diverse; da smartphone e banda ultralarga alla consegna di farmaci e chip per computer. È stato isolato per la prima volta all'Università di Manchester nel 2004.

Il dispositivo è costituito da due strati di grafene separati da uno strato isolante di nitruro di boro dello spessore di pochi strati atomici. Le nuvole di elettroni in ogni strato di grafene possono essere sintonizzate applicando una piccola tensione. Questo può indurre gli elettroni in uno stato in cui si muovono spontaneamente ad alta velocità tra gli strati.

Poiché lo strato isolante che separa i due fogli di grafene è ultrasottile, gli elettroni sono in grado di attraversare questa barriera mediante il "tunneling quantistico". Questo processo induce un rapido movimento di carica elettrica che può portare all'emissione di onde elettromagnetiche ad alta frequenza.

Questi nuovi transistor mostrano la firma essenziale di un'altalena quantistica, chiamata conduttanza differenziale negativa, per cui la stessa corrente elettrica scorre a due diverse tensioni applicate. Il prossimo passo per i ricercatori è imparare come ottimizzare il transistor come rivelatore ed emettitore.

Uno dei ricercatori, Professor Laurence Eaves, ha dichiarato:"Oltre al suo potenziale nell'imaging medico e nello screening di sicurezza, i dispositivi al grafene potrebbero anche essere integrati su un chip con convenzionali, o altro a base di grafene, componenti elettronici per fornire nuove architetture e funzionalità.

"Da oltre 40 anni, la tecnologia ha portato a transistor sempre più piccoli; un tour de force di ingegneria che ci ha fornito gli odierni chip di silicio all'avanguardia che contengono miliardi di transistor. Gli scienziati stanno cercando un'alternativa alla tecnologia basata sul silicio, che rischia di colpire i buffer tra qualche anno, e il grafene potrebbe essere una risposta."

"La ricerca sul grafene è relativamente matura, ma i dispositivi multistrato realizzati con diversi materiali atomicamente sottili come il grafene sono stati segnalati per la prima volta solo un anno fa. Questa architettura può riservare molte più sorprese", aggiunge il dottor Liam Britnell, Università di Manchester, il primo autore del saggio.