Con un occhio alla prossima generazione di gadget tecnologici, un team di fisici dell'Università del Texas ad Austin ha avuto il primo sguardo in assoluto su ciò che accade all'interno di un dispositivo a semiconduttore atomicamente sottile. Così facendo, hanno scoperto che una funzione essenziale per l'informatica può essere possibile in uno spazio così piccolo da essere effettivamente unidimensionale.
In un articolo pubblicato il 18 luglio su Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze , i ricercatori descrivono di aver visto il funzionamento interno dettagliato di un nuovo tipo di transistor bidimensionale.
I transistor fungono da elementi costitutivi per i chip dei computer, inviando gli elettroni on e off interruttori necessari per l'elaborazione del computer. Le future innovazioni tecnologiche richiederanno di trovare un modo per inserire più transistor sui chip dei computer, così gli esperti hanno iniziato a esplorare nuovi materiali semiconduttori tra cui uno chiamato disolfuro di molibdeno (MoS2). A differenza degli odierni dispositivi basati su silicio, i transistor realizzati con il nuovo materiale consentono la segnalazione on-off su un unico piano piatto.
Keji Lai, un assistente professore di fisica, e un team ha scoperto che con questo nuovo materiale, la segnalazione conduttiva avviene in modo molto diverso rispetto al silicio, in un modo che potrebbe promuovere futuri risparmi energetici nei dispositivi. Pensa ai transistor al silicio come alle lampadine:l'intero dispositivo viene acceso o spento contemporaneamente. Con i transistor 2-D, al contrario, Lai e il team hanno scoperto che le correnti elettriche si muovono in modo più graduale, iniziando prima dai bordi prima di apparire all'interno. Lai dice che questo suggerisce che la stessa corrente potrebbe essere inviata con meno potenza e in uno spazio ancora più piccolo, utilizzando un bordo unidimensionale invece del piano bidimensionale.
"In fisica, gli stati limite spesso comportano molti fenomeni interessanti, e qui, sono i primi ad accendersi. Nel futuro, se possiamo progettare questo materiale con molta attenzione, allora questi bordi possono portare l'intera corrente, " Dice Lai. "Non abbiamo davvero bisogno dell'intera cosa, perché l'interno è inutile. Il solo fatto di far funzionare i bordi per far funzionare la corrente ridurrebbe sostanzialmente la perdita di potenza."
I ricercatori hanno lavorato per anni per avere una visione di ciò che accade all'interno di un transistor 2-D per comprendere meglio sia il potenziale che i limiti dei nuovi materiali. Preparare i transistor 2-D per i dispositivi commerciali, come computer sottili come la carta e telefoni cellulari, si prevede che richiederanno ancora molti anni. Lai afferma che gli scienziati hanno bisogno di maggiori informazioni su ciò che interferisce con le prestazioni nei dispositivi realizzati con i nuovi materiali.
"Questi transistor sono perfettamente bidimensionali, " Lai dice. "Ciò significa che non hanno alcuni dei difetti che si verificano in un dispositivo di silicio. D'altra parte, ciò non significa che il nuovo materiale sia perfetto."
Lai e il suo team hanno usato un microscopio da lui inventato e che punta le microonde verso il dispositivo 2-D. Usando una punta larga solo 100 nanometri, il microscopio a microonde ha permesso agli scienziati di vedere i cambiamenti di conduttività all'interno del transistor. Oltre a vedere il moto delle correnti, gli scienziati hanno trovato difetti filiformi nel mezzo dei transistor. Lai dice che questo suggerisce che il nuovo materiale dovrà essere reso più pulito per funzionare in modo ottimale.
"Se potessimo rendere il materiale abbastanza pulito, i bordi trasporteranno ancora più corrente, e l'interno non avrà tanti difetti, "dice Lai.
Gli altri autori dell'articolo sono i ricercatori post-dottorato Di Wu e Xiao Li; ricercatore Lan Luan, e studenti laureati Xiaoyu Wu e Zhaodong Chu, e il professore Qian Niu nel Dipartimento di Fisica di UT Austin; e studente laureato Wei Li, ex studente laureato Maruthi N. Yogeesh, ricercatore post-dottorato Rudresh Ghosh, e il professore associato Deji Akinwande del Dipartimento di Ingegneria Elettrica e Informatica di UT Austin.
All'inizio di quest'anno, sia Lai che Akinwande hanno vinto i Presidential Early Career Awards per scienziati e ingegneri, la più alta onorificenza del governo degli Stati Uniti per gli scienziati e gli ingegneri alle prime armi.
