Materiali bidimensionali, o materiali 2D in breve, sono estremamente versatili, sebbene - o spesso più precisamente perché - siano costituiti da uno o pochi strati di atomi. Il grafene è il materiale 2D più conosciuto. Rientra in questa categoria anche il bisolfuro di molibdeno (uno strato costituito da atomi di molibdeno e zolfo dello spessore di tre atomi), benché, a differenza del grafene, ha proprietà di semiconduttore. Con la sua squadra, Il dottor Thomas Mueller dell'Istituto di fotonica della TU Wien sta conducendo ricerche sui materiali 2D, vedendoli come un'alternativa promettente per la futura produzione di microprocessori e altri circuiti integrati.

Il tutto e la somma delle sue parti

I microprocessori sono un componente indispensabile e onnipresente nel mondo moderno. Senza il loro continuo sviluppo, molte delle cose che diamo per scontate in questi giorni, come computer, telefoni cellulari e Internet, non sarebbe affatto possibile. Però, mentre il silicio è sempre stato utilizzato nella produzione di microprocessori, ora si sta avvicinando lentamente ma inesorabilmente ai suoi limiti fisici. materiali 2D, compreso il bisolfuro di molibdeno, stanno mostrando la promessa come potenziali sostituzioni.

Sebbene la ricerca sui singoli transistor - i componenti più basilari di ogni circuito digitale - realizzati con materiali 2D sia in corso da quando il grafene è stato scoperto per la prima volta nel 2004, il successo nella creazione di strutture più complesse è stato molto limitato. Ad oggi, è stato possibile produrre singoli componenti digitali solo utilizzando pochi transistor. Per realizzare un microprocessore che operi in modo indipendente, però, sono necessari circuiti molto più complessi che, inoltre anche bisogno di interagire in modo impeccabile.

Thomas Mueller e il suo team sono riusciti a raggiungere questo obiettivo per la prima volta. Il risultato è un microprocessore a 1 bit composto da 115 transistor su una superficie di circa 0,6 mm2 in grado di eseguire semplici programmi.

"Sebbene, questo ovviamente sembra modesto se confrontato con gli standard del settore basati sul silicio, questo è ancora un importante passo avanti in questo campo di ricerca. Ora che abbiamo una dimostrazione del concetto, in linea di principio non c'è motivo per cui non si possano fare ulteriori sviluppi, "dice Stefan Wachter, uno studente di dottorato nel gruppo di ricerca del dottor Mueller. Però, non è stata solo la scelta del materiale a determinare il successo del progetto di ricerca. "Abbiamo anche preso in attenta considerazione le dimensioni dei singoli transistor, " spiega Mueller. "Le esatte relazioni tra le geometrie dei transistor all'interno di un componente del circuito di base sono un fattore critico per poter creare e collegare in cascata unità più complesse".

Prospettive future

Va da sé che saranno necessari circuiti molto più potenti e complessi con migliaia o addirittura milioni di transistor affinché questa tecnologia abbia un'applicazione pratica. La riproducibilità continua ad essere una delle maggiori sfide attualmente affrontate in questo campo di ricerca insieme alla resa nella produzione dei transistor utilizzati. Dopotutto, sia la produzione di materiali 2D in primo luogo, sia i metodi per elaborarli ulteriormente sono ancora nelle primissime fasi.

"Poiché i nostri circuiti sono stati realizzati più o meno a mano in laboratorio, progetti così complessi sono ovviamente molto al di là delle nostre capacità. Ciascuno dei transistor deve funzionare come previsto affinché il processore funzioni nel suo insieme, " spiega Mueller, sottolineando le enormi richieste poste all'elettronica all'avanguardia.

Però, i ricercatori sono convinti che i metodi industriali potrebbero aprire nuovi campi di applicazione per questa tecnologia nei prossimi anni. Un esempio potrebbe essere l'elettronica flessibile, necessari per sensori medici e display flessibili. In questo caso, I materiali 2D sono molto più adatti del silicio tradizionalmente utilizzato grazie alla loro flessibilità meccanica significativamente maggiore.