(Phys.org) — Per decenni, i dispositivi elettronici sono diventati più piccoli, e più piccolo, e più piccolo. Ora è possibile, anche di routine, posizionare milioni di transistor su un singolo chip di silicio.

Ma i transistor basati su semiconduttori possono diventare così piccoli. "Al ritmo dell'attuale tecnologia, tra 10 o 20 anni, non potranno rimpicciolirsi, " ha detto il fisico Yoke Khin Yap della Michigan Technological University. "Inoltre, i semiconduttori hanno un altro svantaggio:sprecano molta energia sotto forma di calore."

Gli scienziati hanno sperimentato diversi materiali e progetti per i transistor per affrontare questi problemi, usando sempre semiconduttori come il silicio. Già nel 2007, Yap voleva provare qualcosa di diverso che potesse aprire le porte a una nuova era dell'elettronica.

"L'idea era di realizzare un transistor utilizzando un isolante su nanoscala con sopra metalli su nanoscala, " ha detto. "In linea di principio, potresti prendere un pezzo di plastica e spargerci sopra una manciata di polveri metalliche per realizzare i dispositivi, se lo fai bene. Ma stavamo cercando di crearlo in nanoscala, quindi abbiamo scelto un isolante su scala nanometrica, nanotubi di nitruro di boro, o BNNT per il substrato."

Il team di Yap aveva capito come creare tappeti virtuali di BNNT, che risultano essere isolanti e quindi altamente resistenti alla carica elettrica. Usando i laser, il team ha quindi posizionato punti quantici (QD) d'oro piccoli fino a tre nanometri sulla parte superiore dei BNNT, formazione di QD-BNNT. I BNNT sono substrati ideali per questi punti quantici grazie al loro piccolo, controllabile, e diametri uniformi, così come la loro natura isolante. I BNNT limitano la dimensione dei punti che possono essere depositati.

In collaborazione con scienziati dell'Oak Ridge National Laboratory (ORNL), hanno acceso gli elettrodi su entrambe le estremità dei QDs-BNNT a temperatura ambiente, ed è successo qualcosa di interessante. Gli elettroni sono saltati in modo molto preciso da un punto d'oro a un punto d'oro, un fenomeno noto come tunneling quantistico.

"Immagina che i nanotubi siano un fiume, con un elettrodo su ogni banco. Ora immagina alcune pietre miliari molto piccole attraverso il fiume, " disse Yap. "Gli elettroni saltarono tra le pietre miliari dorate. Le pietre sono così piccole, puoi ottenere solo un elettrone alla volta sulla pietra. Ogni elettrone passa allo stesso modo, quindi il dispositivo è sempre stabile."

La squadra di Yap aveva realizzato un transistor senza semiconduttore. Quando è stata applicata una tensione sufficiente, è passato a uno stato di conduzione. Quando la tensione era bassa o spenta, è tornato al suo stato naturale come isolante.

Per di più, non c'è stata alcuna "perdita":nessun elettrone dai punti d'oro è sfuggito ai BNNT isolanti, mantenendo così fresco il canale di tunneling. In contrasto, il silicio è soggetto a perdite, che spreca energia nei dispositivi elettronici e genera molto calore.

Altre persone hanno realizzato transistor che sfruttano il tunneling quantistico, afferma il fisico della Michigan Tech John Jaszczak, che ha sviluppato il quadro teorico per la ricerca sperimentale di Yap. Però, quei dispositivi di tunneling hanno funzionato solo in condizioni che scoraggerebbero il tipico utente di telefoni cellulari.

"Funzionano solo a temperature di elio liquido, ", ha detto Jaszczak.

Il segreto del dispositivo in oro e nanotubi di Yap è la sua dimensione submicroscopica:un micron di lunghezza e circa 20 nanometri di larghezza. "Le isole d'oro devono essere dell'ordine dei nanometri per controllare gli elettroni a temperatura ambiente, " ha detto Jaszczak. "Se sono troppo grandi, troppi elettroni possono fluire." In questo caso, più piccolo è davvero meglio:"Lavorare con nanotubi e punti quantici ti porta alla scala che desideri per i dispositivi elettronici".

"Teoricamente, questi canali di tunneling possono essere miniaturizzati a dimensione virtualmente zero quando la distanza tra gli elettrodi è ridotta a una piccola frazione di micron, " ha detto Yap.

Yap ha depositato un brevetto internazionale completo sulla tecnologia.