I ricercatori dell'Università norvegese di scienza e tecnologia (NTNU) hanno trovato un metodo completamente nuovo per controllare le proprietà elettroniche dei materiali di ossido. Questo apre le porte a componenti ancora più piccoli e forse a un'elettronica più sostenibile.

"Abbiamo trovato un modo completamente nuovo per controllare la conduttività dei materiali su scala nanometrica, " afferma il professor Dennis Meier presso il Dipartimento di scienza e ingegneria dei materiali di NTNU.

Uno degli aspetti migliori del nuovo metodo è che non interferisce con altre proprietà del materiale, come facevano i metodi precedenti. Ciò consente di combinare diverse funzioni nello stesso materiale, che è un progresso importante per la tecnologia su scala nanometrica.

"La cosa davvero fantastica è che questo progetto è gestito da NTNU e coinvolge persone di diversi dipartimenti. Beneficiamo anche di strutture chiave come il NanoLab e il TEM (microscopia elettronica a trasmissione) Gemini Centre. Questo approccio interdisciplinare mostra cosa possiamo fare quando lavorare insieme, "dice Meier.

Un nuovo articolo sulla rivista Materiali della natura affronta i risultati. L'articolo ha attirato l'attenzione internazionale ancor prima di essere stampato.

Le possibilità offerte dalla scoperta sono state discusse nel numero di agosto di Materiali della natura dai massimi esperti del settore.

Raramente pensiamo alla tecnologia che sta dietro all'accensione di una lampadina o al nostro uso di elettrodomestici. Il controllo delle particelle cariche su scala minuscola fa semplicemente parte della vita quotidiana.

Ma su una scala nanometrica molto più piccola, gli scienziati sono ora abitualmente in grado di manipolare il flusso di elettroni. Ciò apre possibilità per componenti ancora più piccoli di computer e telefoni cellulari che consumano pochissima elettricità.

Rimane un problema di fondo, però. Puoi simulare componenti elettronici su scala nanometrica, ma alcuni dei concetti più promettenti sembrano escludersi a vicenda. Ciò significa che non puoi combinare più componenti per creare una rete.

"L'utilizzo dei fenomeni quantistici richiede un'estrema precisione per mantenere il giusto rapporto tra diverse sostanze nel materiale mentre si modifica la struttura chimica del materiale, che è necessario se vuoi creare sinapsi artificiali per simulare le proprietà delle vie nervose così come le conosciamo dalla biologia, "dice Meier.

Sforzi collaborativi interdipartimentali, guidato dal professor Meier, sono riusciti ad aggirare alcuni di questi problemi sviluppando un nuovo approccio.

"Il nuovo approccio si basa sullo sfruttamento delle irregolarità 'nascoste' a livello atomico, i cosiddetti difetti anti-Frenkel, "dice Meier.

I ricercatori sono riusciti a creare tali difetti da soli, consentendo così a un materiale isolante di diventare elettricamente conduttore.

I difetti del materiale sono legati alle sue varie proprietà. Però, i difetti anti-Frenkel possono essere manipolati in modo tale che i cambiamenti nella conduttività non influiscano sulla struttura effettiva del materiale o ne modifichino le altre proprietà, come il magnetismo e la ferroelettricità.

"Mantenere l'integrità strutturale rende possibile progettare dispositivi multifunzionali utilizzando lo stesso materiale. Questo è un grande passo avanti verso nuove tecnologie su scala nanometrica, "dice Meier.

Il team di ricerca comprende il Professor S. M. Selbach del Dipartimento di Scienza e Ingegneria dei Materiali, i professori Antonius T.J. van Helvoort e Jaakko Akola e i professori associati Per Erik Vullum e David Gao del Dipartimento di Fisica, e Professore Associato Jan Torgersen del Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Industriale.

Un altro vantaggio del nuovo approccio è che i ricercatori possono cancellare i componenti su scala nanometrica utilizzando un semplice trattamento termico. Quindi è possibile modificare o aggiornare i componenti nel materiale in seguito.

"Forse saremo in grado di utilizzare i nostri gadget elettronici più a lungo invece di riciclarli o buttarli via. Possiamo semplicemente aggiornarli. Questo è fondamentalmente molto più rispettoso dell'ambiente, "dice Meier.

È già in corso la pianificazione per ulteriori tentativi di combinare diversi componenti. Questo lavoro sarà svolto dal gruppo FACET presso il Dipartimento di Scienza e Ingegneria dei Materiali di NTNU.

Il lavoro è sostenuto dal Consiglio europeo della ricerca attraverso un ERC Consolidator Grant che Meier ha ricevuto lo scorso anno. È coinvolto anche il rinomato Center for Quantum Spintronics (QuSpin). L'obiettivo è utilizzare sia la carica che lo spin negli elettroni per darci un futuro più rispettoso dell'ambiente.