Gli scienziati che utilizzano i laser presso una struttura del Consiglio delle strutture scientifiche e tecnologiche (STFC) nel Regno Unito ritengono di essere un passo avanti verso la ricerca di un sostituto per i chip di silicio che siano più veloci e utilizzino meno energia rispetto al presente.

Il team ha testato il comportamento del grafene a doppio strato per scoprire se potrebbe essere utilizzato o meno come semiconduttore. I loro risultati suggeriscono che potrebbe sostituire i transistor al silicio nei circuiti elettronici.

Il grafene è carbonio puro sotto forma di un sottilissimo, foglio quasi trasparente, 0 un atomo di spessore. È noto come "materiale miracoloso" per la sua notevole forza ed efficienza nel condurre calore ed elettricità.

Nella sua forma attuale il grafene non è adatto ai transistor, che sono le fondamenta di tutta l'elettronica moderna. Affinché un transistor sia tecnologicamente valido, deve essere in grado di "spegnersi" in modo che solo una piccola corrente elettrica scorra attraverso il suo cancello quando è in stato di standby. Il grafene non ha una banda proibita quindi non può spegnersi.

Il gruppo di ricerca, guidato dal professor Philip Hofmann dell'Università di Aarhus in Danimarca, utilizzato un nuovo materiale – il grafene a doppio strato – in cui due strati di grafene sono posti uno sopra l'altro, lasciando un piccolo gap di banda per favorire il trasferimento di energia tra gli strati.

Utilizzando Artemis presso la Central Laser Facility di STFC, che ha sede presso il Rutherford Appleton Laboratory nell'Oxfordshire, i ricercatori hanno sparato impulsi laser a pompa ultrabrevi sul campione di grafene a doppio strato, aumentare gli elettroni nella banda di conduzione.

Un secondo corto, ultravioletto estremo, l'impulso di lunghezza d'onda ha quindi espulso gli elettroni dal campione. Questi sono stati raccolti e analizzati per fornire un'istantanea delle energie e del movimento degli elettroni.

"Abbiamo preso una serie di queste misurazioni, variando il ritardo di tempo tra la pompa laser a infrarossi e la sonda ultravioletta estrema, e li ho messi in sequenza in un film, ", ha affermato il dottor Cephise Cacho di STFC, uno del gruppo di ricerca. "Per vedere come si comportano gli elettroni in rapido movimento, ogni fotogramma del film deve essere separato solo da una frazione di miliardesimo di secondo".

Il professor Hofmann ha detto, "Ciò che abbiamo dimostrato con questa ricerca è che il nostro campione si comporta come un semiconduttore, e non è cortocircuitato da difetti."

Possono esserci imperfezioni nel grafene a doppio strato poiché gli strati a volte diventano disallineati.

I risultati di questa ricerca, in cui il grafene non mostrava difetti, suggeriscono che si dovrebbero compiere ulteriori sforzi tecnologici per ridurre al minimo le imperfezioni. Una volta fatto questo, c'è la possibilità che le prestazioni di spegnimento del grafene a doppio strato possano essere potenziate abbastanza da sfidare i dispositivi a base di silicio.

I transistor al grafene potrebbero rimpicciolirsi, chip elettronici più veloci di quelli ottenibili con il silicio. Alla fine un numero sempre maggiore di transistor potrebbe essere posizionato su un singolo microchip per produrre più velocemente, processori più potenti per l'uso in apparecchiature elettroniche.