Nella fiction televisiva "Mission Impossible, " Le istruzioni per la missione sono state consegnate su un nastro audio che si è autodistrutto subito dopo essere stato riprodotto. Se quella serie dovesse mai essere ripresa, i suoi produttori potrebbero voler parlare con il professore del Georgia Institute of Technology Andrei Fedorov sull'uso dei suoi "circuiti a scomparsa" per fornire le istruzioni.

Utilizzando atomi di carbonio depositati sul grafene con un processo a fascio di elettroni focalizzato, Fedorov e collaboratori hanno dimostrato una tecnica per creare modelli dinamici su superfici di grafene. I modelli potrebbero essere utilizzati per realizzare circuiti elettronici riconfigurabili, che si evolvono per un periodo di ore prima di scomparire alla fine in un nuovo stato elettronico del grafene. Il grafene è anche composto da atomi di carbonio, ma in una forma altamente ordinata.

Segnalato sul giornale Nanoscala , la ricerca è stata principalmente supportata dal Dipartimento di Energia degli Stati Uniti Office of Science, e ha coinvolto la collaborazione con i ricercatori dell'Air Force Research Laboratory (AFRL), supportato dall'Ufficio per la ricerca scientifica dell'Aeronautica Militare. Oltre a consentire la fabbricazione di circuiti a scomparsa, la tecnologia potrebbe essere utilizzata come una forma di rilascio temporizzato in cui la dissipazione dei modelli di carbonio potrebbe controllare altri processi, come il rilascio di biomolecole.

"Ora potremo disegnare circuiti elettronici che si evolvono nel tempo, " ha detto Andrei Fedorov, un professore della George W. Woodruff School of Mechanical Engineering presso la Georgia Tech. "Potresti progettare un circuito che funzioni in un modo ora, ma dopo aver aspettato un giorno che il carbonio si diffondesse sulla superficie del grafene, non avresti più un dispositivo elettronico. Oggi il dispositivo farebbe una cosa; domani farebbe qualcosa di completamente diverso."

Il progetto è iniziato come un modo per ripulire gli idrocarburi che contaminano la superficie del grafene. Ma i ricercatori si sono presto resi conto che potevano usarlo per creare modelli, utilizzando il carbonio amorfo prodotto tramite la "scrittura" del fascio di elettroni come drogante per creare sezioni di grafene caricate negativamente.

I ricercatori sono stati inizialmente perplessi nello scoprire che i loro modelli appena formati sono scomparsi nel tempo. Hanno usato misurazioni elettroniche e microscopia a forza atomica per confermare che i modelli di carbonio si erano spostati sulla superficie del grafene per formare una copertura uniforme su un'intera superficie del grafene. Il cambiamento di solito avviene nell'arco di decine di ore, e infine converte regioni superficiali con carica positiva (drogato p) in superfici con una carica uniformemente negativa (drogato n) mentre forma un dominio di giunzione pn intermedio nel corso di questa evoluzione.

"Le strutture elettroniche cambiano continuamente nel tempo, " Fedorov ha spiegato. "Questo ti dà un dispositivo riconfigurabile, soprattutto perché la nostra deposizione di carbonio viene eseguita non utilizzando film sfusi, ma piuttosto un fascio di elettroni che viene utilizzato per disegnare dove si desidera che esista un dominio drogato negativamente."

Il grafene è costituito da atomi di carbonio disposti in un reticolo stretto. La struttura unica fornisce proprietà elettroniche interessanti che hanno portato a uno studio diffuso del grafene come potenziale nuovo materiale per applicazioni elettroniche avanzate.

Ma il grafene è ancora costituito da atomi di carbonio, e quando i modelli sono depositati sulla superficie con atomi di carbonio ordinari, iniziano a migrare lentamente sulla superficie del grafene. La velocità con cui si muovono gli atomi può essere regolata variando la temperatura o fabbricando strutture che dirigono il movimento degli atomi. Gli atomi di carbonio possono anche essere "congelati" in uno schema fisso utilizzando un laser per convertirli in grafite, un'altra forma di carbonio.

"Ci sono diversi modi per modulare lo stato dinamico, cambiando la temperatura perché controlla la velocità di diffusione del carbonio, dirigendo il flusso atomico, o cambiando la fase del carbonio, " Fedorov ha detto. "Il carbonio depositato attraverso il processo di deposizione indotta da fascio di elettroni focalizzato (FEBID) è collegato al grafene in modo molto lasco attraverso le interazioni di van der Waals, quindi è mobile."

Al di là delle potenziali applicazioni di sicurezza per i circuiti a scomparsa, Fedorov vede la possibilità di meccanismi di controllo semplificati che utilizzerebbero i modelli di diffusione per spegnere i processi a intervalli prestabiliti. La tecnica potrebbe essere utilizzata anche per cronometrare il rilascio di farmaci o altri processi biomedici.

"Potresti scrivere informazioni in uno e zero con il raggio di elettroni, utilizzare il dispositivo per trasferire informazioni, e poi due ore dopo l'informazione sarà scomparsa, " ha detto. "Invece di affidarsi a complessi algoritmi di controllo che un microprocessore deve eseguire, modificando lo stato dinamico o il sistema elettronico stesso, il tuo programma potrebbe diventare molto semplice. Forse potrebbe esserci qualche attivato, innescato processi che potrebbero beneficiare di questo tipo di comportamento in cui lo stato elettronico cambia continuamente nel tempo."

Fedorov e i suoi collaboratori hanno finora mostrato solo la capacità di creare modelli semplici di domini carichi nel grafene. Il loro prossimo passo sarà usare le loro giunzioni p-n per creare dispositivi che funzioneranno per periodi di tempo specifici.

Fedorov ammette che questo modello dinamico di carbonio potrebbe rappresentare una sfida per gli ingegneri elettrici abituati a dispositivi statici che svolgono le stesse funzioni giorno dopo giorno. Ma pensa che alcuni troveranno utili applicazioni per questo nuovo fenomeno.

"Abbiamo compiuto un passo fondamentale nella scoperta e nella comprensione, " ha detto. "Il prossimo passo sarà quello di dimostrare un'applicazione complicata e unica che altrimenti sarebbe impossibile fare con un circuito convenzionale. Ciò porterebbe un nuovo livello di eccitazione a questo”.