Un ingegnere della Erik Jonsson School of Engineering and Computer Science presso l'Università del Texas a Dallas ha progettato un nuovo sistema informatico realizzato esclusivamente con carbonio che potrebbe un giorno sostituire i transistor al silicio che alimentano i dispositivi elettronici di oggi.

"Il concetto riunisce un assortimento di tecnologie esistenti su nanoscala e le combina in un modo nuovo, " ha detto il dottor Joseph S. Friedman, assistente professore di ingegneria elettrica e informatica alla UT Dallas che ha condotto gran parte della ricerca mentre era studente di dottorato alla Northwestern University.

La risultante proposta logica di spin interamente in carbonio, pubblicato dall'autore principale Friedman e da diversi collaboratori nel numero del 5 giugno della rivista online Comunicazioni sulla natura , è un sistema informatico che secondo Friedman potrebbe essere più piccolo dei transistor al silicio, con prestazioni aumentate.

I dispositivi elettronici di oggi sono alimentati da transistor, che sono minuscole strutture di silicio che si basano su elettroni carichi negativamente che si muovono attraverso il silicio, formare una corrente elettrica. I transistor si comportano come interruttori, accendere e spegnere la corrente.

Oltre a portare una carica, gli elettroni hanno un'altra proprietà chiamata spin, che riguarda le loro proprietà magnetiche. Negli ultimi anni, gli ingegneri hanno studiato modi per sfruttare le caratteristiche di spin degli elettroni per creare una nuova classe di transistor e dispositivi chiamati "spintronica".

Friedman è tutto carbonio, l'interruttore spintronico funziona come una porta logica che si basa su un principio fondamentale dell'elettromagnetismo:quando una corrente elettrica si muove attraverso un filo, crea un campo magnetico che avvolge il filo. Inoltre, un campo magnetico vicino a un nastro bidimensionale di carbonio, chiamato nanonastro di grafene, influenza la corrente che scorre attraverso il nastro. Nella tradizione, computer a base di silicio, i transistor non possono sfruttare questo fenomeno. Anziché, sono collegati tra loro da fili. L'uscita da un transistor è collegata da un filo all'ingresso per il transistor successivo, e così via a cascata.

Nella progettazione del circuito spintronico di Friedman, gli elettroni che si muovono attraverso i nanotubi di carbonio, essenzialmente minuscoli fili composti da carbonio, creano un campo magnetico che influenza il flusso di corrente in un vicino nanonastro di grafene, fornendo porte logiche in cascata che non sono fisicamente collegate.

Poiché la comunicazione tra ciascuno dei nanonastri di grafene avviene tramite un'onda elettromagnetica, invece del movimento fisico degli elettroni, Friedman si aspetta che la comunicazione sarà molto più veloce, con il potenziale per velocità di clock terahertz. Inoltre, questi materiali in carbonio possono essere realizzati più piccoli dei transistor a base di silicio, che si stanno avvicinando al loro limite dimensionale a causa delle limitate proprietà del materiale del silicio.

"Questo è stato un grande sforzo di squadra collaborativa interdisciplinare, "Friedman ha detto, "combinando la mia proposta di circuito con l'analisi fisica di Jean-Pierre Leburton e Anuj Girdhar presso l'Università dell'Illinois a Urbana-Champaign; la guida tecnologica di Ryan Gelfand presso l'Università della Florida centrale; e le informazioni sui sistemi di Alan Sahakian, Allen Taflove, Bruce Wessel, Hooman Mohseni e Gokhan Memik alla Northwestern."

Mentre il concetto è ancora sul tavolo da disegno, Friedman ha detto di lavorare su un prototipo completamente in carbonio, il sistema di calcolo spintronico in cascata continuerà nel laboratorio di ricerca interdisciplinare NanoSpinCompute, che dirige a UT Dallas.