Sempre più piccoli e sempre più compatti:questa è la direzione in cui si stanno sviluppando i chip dei computer, guidato dall'industria. Ecco perché i cosiddetti materiali 2-D sono considerati la grande speranza:sono sottili quanto può essere un materiale, in casi estremi sono costituiti da un solo strato di atomi. Ciò consente di produrre nuovi componenti elettronici con dimensioni ridotte, alta velocità ed efficienza ottimale.

Però, c'è un problema:i componenti elettronici sono sempre costituiti da più di un materiale. I materiali 2-D possono essere utilizzati efficacemente solo se possono essere combinati con sistemi di materiali adeguati, come speciali cristalli isolanti. Se questo non viene considerato, il vantaggio che i materiali 2D dovrebbero offrire è annullato. Un team della Facoltà di Ingegneria Elettrica della TU Wien (Vienna) presenta questi risultati sulla rivista Comunicazioni sulla natura .

Raggiungere il capolinea sulla scala atomica

"Oggi l'industria dei semiconduttori si basa principalmente su silicio e ossido di silicio, " afferma il prof. Tibor Grasser dell'Istituto di microelettronica della TU Wien. "Si tratta di materiali con proprietà elettroniche molto buone. Per molto tempo, strati sempre più sottili di questi materiali sono stati utilizzati per miniaturizzare i componenti elettronici. Ha funzionato bene per molto tempo, ma a un certo punto raggiungiamo un limite naturale".

Quando lo strato di silicio è spesso solo pochi nanometri, in modo che sia costituito solo da pochi strati atomici, quindi le proprietà elettroniche del materiale si deteriorano in modo molto significativo. "La superficie di un materiale si comporta in modo diverso dalla massa del materiale, e se l'intero oggetto è praticamente costituito solo da superfici e non ha più alcun ingombro, può avere proprietà materiali completamente diverse."

Perciò, bisogna passare ad altri materiali per creare componenti elettronici ultrasottili. Ed è qui che entrano in gioco i cosiddetti materiali 2-D:combinano eccellenti proprietà elettroniche con uno spessore minimo.

Gli strati sottili hanno bisogno di isolanti sottili

"Come risulta, però, questi materiali 2-D sono solo la prima metà della storia, " dice Tibor Grasser. "I materiali devono essere posizionati sul substrato appropriato, e sopra di esso è necessario anche uno strato isolante, e anche questo isolante deve essere estremamente sottile e di ottima qualità, altrimenti non hai guadagnato nulla dai materiali 2-D. È come guidare una Ferrari su un terreno fangoso e chiedersi perché non si stabilisce un record di velocità".

Un team della TU Wien attorno a Tibor Grasser e Yury Illarionov ha quindi analizzato come risolvere questo problema. "Biossido di silicio, che viene normalmente utilizzato nell'industria come isolante, non è adatto in questo caso, " dice Tibor Grasser. "Ha una superficie molto disordinata e molte libere, legami insaturi che interferiscono con le proprietà elettroniche del materiale 2-D."

È meglio cercare una struttura ben ordinata:il team ha già ottenuto ottimi risultati con i fluoruri, una classe speciale di cristalli. Un prototipo di transistor con un isolante al fluoruro di calcio ha già fornito dati convincenti, e altri materiali sono ancora in fase di analisi.

"Al momento si stanno scoprendo nuovi materiali 2-D. È bello, ma con i nostri risultati vogliamo dimostrare che questo da solo non basta, " dice Tibor Grasser. "Questi nuovi materiali 2-D semiconduttori devono essere combinati anche con nuovi tipi di isolanti. Solo così potremo davvero riuscire a produrre una nuova generazione di componenti elettronici efficienti e potenti in formato miniatura."