Immagine al microscopio di un dispositivo elettronico realizzato con nanonastri 1D ZrTe3. Il canale del nanoribbon è indicato in colore verde. I contatti metallici sono mostrati in colore giallo. Nota che a causa dello spessore della scala nanometrica i contatti metallici gialli sembrano essere sotto il canale verde mentre in realtà sono in cima Credit:Balandin lab, UC Riverside
Ingegneri dell'Università della California, lungo il fiume, hanno dimostrato dispositivi prototipali realizzati con un materiale esotico in grado di condurre una densità di corrente 50 volte maggiore rispetto alla tecnologia di interconnessione in rame convenzionale.
La densità di corrente è la quantità di corrente elettrica per area della sezione trasversale in un dato punto. Man mano che i transistor nei circuiti integrati diventano sempre più piccoli, hanno bisogno di densità di corrente sempre più elevate per funzionare al livello desiderato. La maggior parte dei conduttori elettrici convenzionali, come il rame, tendono a rompersi per surriscaldamento o altri fattori ad alta densità di corrente, presentando una barriera alla creazione di componenti sempre più piccoli.
L'industria elettronica ha bisogno di alternative al silicio e al rame in grado di sostenere densità di corrente estremamente elevate a dimensioni di pochi nanometri.
L'avvento del grafene ha provocato un massiccio, sforzo mondiale diretto allo studio di altri bidimensionali, o 2-D, materiali stratificati che soddisferebbero la necessità di componenti elettronici su scala nanometrica in grado di sostenere un'elevata densità di corrente. Mentre i materiali 2-D sono costituiti da un singolo strato di atomi, I materiali 1D sono costituiti da singole catene di atomi debolmente legati l'uno all'altro, ma il loro potenziale per l'elettronica non è stato così ampiamente studiato.
Si può pensare ai materiali 2D come sottili fette di pane mentre i materiali 1D sono come gli spaghetti. Rispetto ai materiali 1D, I materiali 2-D sembrano enormi.
Un gruppo di ricercatori guidati da Alexander A. Balandin, un illustre professore di ingegneria elettrica e informatica presso il Marlan and Rosemary Bourns College of Engineering presso l'UC Riverside, scoperto che il tritelluride di zirconio, o ZrTe 3 , i nanonastri hanno una densità di corrente eccezionalmente elevata che supera di gran lunga quella di qualsiasi metallo convenzionale come il rame.
La nuova strategia intrapresa dal team di UC Riverside spinge la ricerca da materiali bidimensionali a materiali unidimensionali, un progresso importante per la futura generazione di elettronica.
"I metalli convenzionali sono policristallini. Hanno bordi di grano e rugosità superficiale, che disperdono gli elettroni, " ha detto Balandin. "Materiali quasi unidimensionali come ZrTe 3 sono costituiti da catene atomiche monocristalline in una direzione. Non hanno bordi di grano e spesso hanno superfici atomicamente lisce dopo l'esfoliazione. Abbiamo attribuito la densità di corrente eccezionalmente elevata a ZrTe 3 alla natura a cristallo singolo dei materiali quasi-1D."
In linea di principio, tali materiali quasi-1D potrebbero essere coltivati direttamente in nanofili con una sezione trasversale che corrisponde a un singolo filo atomico, o catena. Nel presente studio il livello della corrente sostenuta dallo ZrTe 3 i fili quantici erano superiori a quelli riportati per qualsiasi metallo o altri materiali 1D. Raggiunge quasi la densità di corrente nei nanotubi di carbonio e nel grafene.
I dispositivi elettronici dipendono da un cablaggio speciale per trasportare informazioni tra le diverse parti di un circuito o di un sistema. Mentre gli sviluppatori miniaturizzano i dispositivi, anche le loro parti interne devono rimpicciolirsi, e le interconnessioni che trasportano le informazioni tra le parti devono diventare le più piccole di tutte. A seconda di come sono configurati, lo ZrTe 3 i nanonastri potrebbero essere trasformati in interconnessioni locali su scala nanometrica o canali di dispositivi per i componenti dei dispositivi più piccoli.
Gli esperimenti del gruppo UC Riverside sono stati condotti con nanonastri tagliati da un foglio di materiale prefabbricato. Le applicazioni industriali devono far crescere nanonastri direttamente sul wafer. Questo processo produttivo è già in fase di sviluppo, e Balandin ritiene che i nanomateriali 1D offrano possibilità di applicazioni nell'elettronica futura.
"La cosa più eccitante dei materiali quasi-1D è che possono essere veramente sintetizzati nei canali o interconnessi con la sezione trasversale in definitiva piccola di un filo atomico, circa un nanometro per un nanometro, " ha detto Balandin.
I risultati di questa indagine appaiono questo mese in Lettere del dispositivo elettronico IEEE .
