I ricercatori dell'EPFL hanno dimostrato che è possibile creare un canale elettrico largo pochi atomi all'interno di materiali isolanti bidimensionali. Le loro simulazioni aprono nuove prospettive per la produzione di nuovi dispositivi elettronici e fotovoltaici.
Nel mondo dell'infinitamente piccolo, fenomeni imprevisti possono verificarsi all'interfaccia tra due materiali quando vengono combinati artificialmente. All'EPFL gli scienziati hanno dimostrato che è possibile generare un canale conduttivo con una larghezza di pochi atomi nella zona di contatto tra diversi fogli di materiali isolanti. Questo lavoro, appena pubblicato in Comunicazioni sulla natura , potrebbe consentire la creazione non solo di nuovi dispositivi micro e nanoelettronici, ma anche di un nuovo tipo di cella solare.
Materiali bidimensionali
Per generare questi minuscoli canali conduttori, ricercatori hanno studiato materiali bidimensionali, vale a dire fogli di materiale dello spessore di pochi atomi, a volte costituito solo da un singolo strato di atomi.
Come il grafene, questi materiali sono composti da atomi disposti in una struttura esagonale, simile alle cellule trovate negli alveari. La differenza è che mentre il grafene è conduttivo e composto solo da atomi di carbonio, i materiali bidimensionali citati nello studio sono isolanti e sono composti da diversi elementi.
Tra le tante possibilità, ricercatori hanno considerato il nitruro di boro (BN), che è composto da due tipi di atomi. Nel suo stato naturale, un "foglio" di nitruro di boro funge da isolante e quindi non può condurre corrente elettrica. Però, la tecnica, dopo una leggera modifica chimica, consente ai ricercatori di sviluppare "cavi" per gli elettroni conduttivi.
Un panino protonico
La fabbricazione del canale elettrico è un'operazione in due fasi. È fatto fissando un protone (cioè, un atomo di idrogeno) su un foglio di nitruro di boro sopra ciascun atomo di boro (B) e uno sotto ciascun atomo di azoto (N). Così stretto tra gli atomi di idrogeno, il foglio di nitruro di boro "decorato" genera un canale conduttivo largo pochi atomi quando viene posto a contatto con un foglio "incontaminato" di BN. Il nuovo "filo" situato all'interfaccia tra i due fogli consente un controllo preciso della circolazione degli elettroni quando viene applicata la tensione. "Preso separatamente, il foglio chimicamente modificato e il foglio bianco non sono conduttivi, "dice Giovanni Pizzi, coautore dello studio. "È solo combinando l'uno con l'altro che appare il canale."
Le potenziali applicazioni associate a queste simulazioni sono numerose. I nuovi "fili" conduttivi potrebbero servire in particolare per sviluppare dispositivi micro e nanoelettronici più compatti e potenti. "I 'fili' prodotti dalla litografia tradizionale non scendono sotto i venti nanometri, il che significa almeno cento atomi, " dice Giovanni Pizzi. "Largo pochi atomi, il nostro cavo potrebbe collegare i diversi processori di un nanochip occupando molto meno spazio dei cavi attuali".
Un nuovo modello di cella solare
Le applicazioni relative a questi minuscoli canali conduttivi potrebbero includere anche la creazione di un nuovo tipo di cella solare ultrasottile e flessibile.
Quando il materiale modellato con canali è esposto alla luce solare, gli elettroni presenti nella parte isolante si muovono verso le vie conduttive. "Per ottenere una corrente elettrica, poi basta semplicemente collegare i canali, " spiega Marco Gibertini, che è anche coautore dello studio.
Verso prove sperimentali
I ricercatori dell'EPFL ora sperano che il loro lavoro di simulazione attiri l'attenzione degli specialisti nell'area sperimentale per condurre test in contesti reali. "Nel nostro studio forniamo un semplice calcolo che i ricercatori possono eseguire per vedere se un dato materiale, dopo modificazione chimica, formeranno questi minuscoli fili, " afferma Marco Gibertini. "La nostra idea si basa su risultati precedenti su materiali 3D. Abbiamo anche studiato intenzionalmente materiali e tecniche sperimentali esistenti. Ciò dovrebbe facilitare le prove sperimentali, " Aggiunge.
