I nanotubi di carbonio possono essere utilizzati per realizzare dispositivi elettronici molto piccoli, ma sono difficili da gestire. Scienziati dell'Università di Groninga, insieme ai colleghi dell'Università di Wuppertal e dell'IBM Zurigo, hanno sviluppato un metodo per selezionare nanotubi semiconduttori da una soluzione e farli autoassemblare su un circuito di elettrodi d'oro. I risultati sono stati pubblicati sulla rivista Materiale avanzato il 5 aprile.

I risultati sembrano ingannevolmente semplici:un transistor autoassemblato con quasi il 100% di purezza e mobilità degli elettroni molto elevata. Ma ci sono voluti dieci anni per arrivarci. La professoressa di fotofisica e optoelettronica dell'Università di Groninga, Maria Antonietta Loi, ha progettato polimeri che si avvolgono attorno a specifici nanotubi di carbonio in una soluzione di tubi misti. Le catene laterali tioliche sul polimero legano i tubi agli elettrodi d'oro, creando il transistor risultante.

Brevetto

'Nel nostro lavoro precedente, abbiamo imparato molto su come i polimeri si attaccano a specifici nanotubi di carbonio", Loi spiega. Questi nanotubi possono essere rappresentati come un foglio arrotolato di grafene, la forma bidimensionale del carbonio. 'A seconda del modo in cui i fogli sono arrotolati, hanno proprietà che vanno dal semiconduttore al semimetallico al metallico.' Solo i tubi a semiconduttore possono essere utilizzati per fabbricare transistor, ma il processo di produzione risulta sempre in una miscela.

"Abbiamo avuto l'idea di utilizzare polimeri con catene laterali tioliche qualche tempo fa", dice Loi. L'idea era che, poiché lo zolfo si lega ai metalli, indirizzerà i nanotubi avvolti nel polimero verso gli elettrodi d'oro. Mentre Loi stava lavorando al problema, IBM ha persino brevettato il concetto. "Ma c'era un grosso problema nel lavoro di IBM:i polimeri con tioli erano anche attaccati ai nanotubi metallici e li includevano nei transistor, che li ha rovinati.'

Soluzione

La soluzione di Loi era ridurre il contenuto di tioli dei polimeri, con l'assistenza di chimici dei polimeri dell'Università di Wuppertal. 'Quello che abbiamo ora dimostrato è che questo concetto di assemblaggio dal basso verso l'alto funziona:utilizzando polimeri a bassa concentrazione di tioli, possiamo portare selettivamente nanotubi semiconduttori da una soluzione su un circuito.' Il legame zolfo-oro è forte, così i nanotubi sono saldamente fissati:abbastanza anche per restarci dopo la sonicazione del transistor in solventi organici.

Il processo di produzione è semplice:i modelli metallici vengono depositati su un supporto, che viene poi immerso in una soluzione di nanotubi di carbonio. Gli elettrodi sono distanziati per ottenere il corretto allineamento:"I tubi sono lunghi circa 500 nanometri, e abbiamo posizionato gli elettrodi per i transistor ad intervalli di 300 nanometri. Il prossimo transistor è a più di 500 nanometri di distanza.' La spaziatura limita la densità dei transistor, ma Loi è fiduciosa che questo potrebbe essere aumentato con un'ingegneria intelligente.

'Negli ultimi anni, abbiamo creato una libreria di polimeri che selezionano i nanotubi semiconduttori e abbiamo sviluppato una migliore comprensione di come la struttura e la composizione dei polimeri influenzino quali nanotubi di carbonio selezionano', dice Loi. Il risultato è un metodo di produzione economico e scalabile per l'elettronica dei nanotubi. Qual è dunque il futuro di questa tecnologia? Loi:"È difficile prevedere se l'industria svilupperà questa idea, ma stiamo lavorando sui miglioramenti, e questo alla fine avvicinerà l'idea al mercato.'