In un progresso che aiuta a spianare la strada all'elettronica di prossima generazione e alle tecnologie informatiche - e possibilmente a gadget sottili come la carta - gli scienziati del Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti hanno sviluppato un modo per assemblare chimicamente transistor e circuiti che sono solo pochi atomi di spessore.

Cosa c'è di più, il loro metodo produce strutture funzionali su una scala sufficientemente ampia per iniziare a pensare alle applicazioni del mondo reale e alla scalabilità commerciale.

Riportano la loro ricerca online l'11 luglio sulla rivista Nanotecnologia della natura .

Gli scienziati hanno controllato la sintesi di un transistor in cui canali stretti sono stati incisi sul grafene conduttore, e un materiale semiconduttore chiamato dicalcogenuro di metallo di transizione, o TMDC, è stato seminato nei canali vuoti. Entrambi questi materiali sono cristalli a strato singolo e atomicamente sottili, così l'assemblaggio in due parti ha prodotto strutture elettroniche che sono essenzialmente bidimensionali. Inoltre, la sintesi è in grado di coprire un'area lunga pochi centimetri e larga pochi millimetri.

"Questo è un grande passo avanti verso un modo scalabile e ripetibile per costruire elettronica atomicamente sottile o racchiudere più potenza di calcolo in un'area più piccola, "dice Xiang Zhang, uno scienziato senior della divisione di scienze dei materiali del Berkeley Lab che ha guidato lo studio.

Zhang detiene anche la cattedra Ernest S. Kuh Endowed presso l'Università della California (UC) Berkeley ed è membro del Kavli Energy NanoSciences Institute di Berkeley. Altri scienziati che hanno contribuito alla ricerca includono Mervin Zhao, Sì Sì, Yang Xia, Hanyu Zhu, Siqi Wang, e Yuan Wang della UC Berkeley, nonché Yimo Han e David Muller della Cornell University.

Il loro lavoro fa parte di una nuova ondata di ricerca volta a stare al passo con la Legge di Moore, che sostiene che il numero di transistori in un circuito integrato raddoppia circa ogni due anni. Per mantenere questo ritmo, gli scienziati prevedono che l'elettronica integrata richiederà presto transistor che misurino meno di dieci nanometri di lunghezza.

I transistor sono interruttori elettronici, quindi devono essere in grado di accendersi e spegnersi, che è una caratteristica dei semiconduttori. Però, su scala nanometrica, i transistor al silicio probabilmente non saranno una buona opzione. Questo perché il silicio è un materiale sfuso, e man mano che l'elettronica fatta di silicio diventa sempre più piccola, le loro prestazioni quando gli switch diminuiscono drasticamente, che è un ostacolo importante per l'elettronica futura.

I ricercatori hanno esaminato i cristalli bidimensionali che sono spessi solo una molecola come materiali alternativi per stare al passo con la legge di Moore. Questi cristalli non sono soggetti ai vincoli del silicio.

In questo filone, gli scienziati del Berkeley Lab hanno sviluppato un modo per seminare un semiconduttore a strato singolo, in questo caso il TMDC bisolfuro di molibdeno (MoS2), in canali incisi litograficamente all'interno di un foglio di grafene conduttore. I due fogli atomici si incontrano per formare giunzioni su scala nanometrica che consentono al grafene di iniettare corrente in modo efficiente nel MoS2. Queste giunzioni producono transistor atomicamente sottili.

"Questo approccio consente l'assemblaggio chimico di circuiti elettronici, utilizzando materiali bidimensionali, che mostrano prestazioni migliorate rispetto all'utilizzo di metalli tradizionali per iniettare corrente nei TMDC, "dice Mervin Zhao, un autore principale e Ph.D. studente nel gruppo di Zhang al Berkeley Lab e all'UC Berkeley.

Immagini al microscopio ottico ed elettronico, e mappatura spettroscopica, confermato vari aspetti legati alla riuscita formazione e funzionalità dei transistor bidimensionali.

Inoltre, gli scienziati hanno dimostrato l'applicabilità della struttura assemblandola nel circuito logico di un inverter. Ciò sottolinea ulteriormente la capacità della tecnologia di gettare le basi per un computer atomico assemblato chimicamente, dicono gli scienziati.

"Entrambi questi cristalli bidimensionali sono stati sintetizzati su scala wafer in un modo compatibile con l'attuale produzione di semiconduttori. Integrando la nostra tecnica con altri sistemi di crescita, è possibile che l'elaborazione futura possa essere eseguita completamente con cristalli atomicamente sottili, "dice Zhao.