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Per la prima volta i transistor a nanotubi di carbonio sono più veloci di quelli in silicio

I nanotubi di carbonio possiedono importanti propriet elettriche che li rendono, almeno sulla carta, eredi molto promettenti dei materiali usati oggi per la realizzazione di processori e circuiteria logica. Poter sfruttare
queste propriet consentirebbe di realizzare chip a maggiori prestazioni o pi parsimoniosi dal punto di vista energetico, con ovvie ripercussioni positive per i dispositivi mobile di oggi, in termini di autonomia delle batterie, comunicazioni wireless e velocit di elaborazione Tuttavia fino ad ora i vari tentativi sperimentali hanno permesso di realizzare dispositivi dalle prestazioni inferiori rispetto alle tecnologie e ai materiali comunemente usati oggi nei processori come il silicio e l'arseniuro di gallio. L'University of Wisconsin-Madison ha per alzato l'asticella, riuscendo a creare per la prima volta transistor basati su nanotubi di carbonio e capaci di prestazioni superiori rispetto ai transistor in silicio. I ricercatori, coordinati dai professori di scienze e ingegneria dei materiali Micheal Arnold e Padma Gopalan, ha realizzato transistor a nanotubi capaci di raggiungere una corrente 1,9 volte superiore a quella dei transistor in silicio. "E' un traguardo che stato un sogno della nanotecnologia per almeno 20 anni. Realizzare transistor in nanotubi di carbonio che siano migliori di quelli in silicio un grande traguardo. Questa rivoluzione nelle prestazioni dei nanotubi di carbonio un passo avanti cruciale nello sfruttare i nanotubi nella logica, nelle comunicazioni ad alta velocit e in altre tecnologie per l'elettronica dei semiconduttori". I transistor a nanotubi di carbonio possono sviluppare prestazioni cinque volte superiori rispetto ai transistor in silicio o, alternativamente, consumare un quinto della loro energia. Le loro dimensioni, infatti, rendono possibile un rapido cambiamento del segnale che li percorre, che pu portare ad guadagni sostanziali nella larghezza di banda dei dispositivi di comunicazione wireless. Tuttavia fino ad ora la difficolt sempre stata quella di riuscire ad isolare nanotubi di carbonio puri, che sono fondamentali per le applicazioni elettroniche dal momento che le impurit metalliche vanno a compromettere significativamente le loro propriet da semiconduttore. Usando particolari polimeri per riuscire a selezionare in maniera accurata i nanotubi semiconduttori, i ricercatori sono riusciti ad ottenere una soluzione di nanotubi di elevata purezza con meno dello 0,01% di nanotubi metallici. Per poter realizzare un transistor di buona qualit inoltre fondamentale allineare i nanotubi nel giusto ordine e adeguatamente distanziati tra loro quando vengono assemblati su un wafer. I ricercatori avevano gi superato questo ostacolo nel 2014 con la tecnica "floating evaporative self-assembly" che ha permesso loro di avere il giusto controllo su questo aspetto. Ci sono voluti decenni di lavoro perch la scienza dei materiali arrivasse al punto di poter sfruttare efficacemente i nanotubi di carbonio. Altro elemento importante rappresentato dai contatti tra i nanotubi e gli elettrodi metallici del transistor. Il polimero che i ricercatori usano per selezionare i nanotubi di carbonio agisce inoltre da strato isolante tra i nanotubi e gli elettrodi: questo inconveniente ha portato i ricercatori a "cuocere" gli array di nanotubi in un forno a vuoto per rimuovere lo strato isolante, riuscendo cos ad ottenere eccellenti contatti elettrici tra nanotubi ed elettrodi. I transistor a nanotubi realizzati con questi metodi sono stati messi a confronto con un tradizionale transistor in silicio delle stesse dimensioni, con le stesse geometrie e con la stessa corrente di leakage cos da avere una comparazione attendibile. "Nella nostra ricerca abbiamo mostrato di aver superato contemporaneamente tutte le sfide di lavorare con i nanotubi, e questo ci ha permesso di creare questi transistor rivoluzionari che superano i transistor in silicio e all'arseniuro di gallio. C' sempre stato molto entusiasmo attorno ai nanotubi di carbonio che non stato concretizzato, e questo ha ridimensionato le prospettive di molte persone. Ma crediamo che l'entusiasmo sia meritato. Ci sono voluti decenni di lavoro per la scienza dei materiali per mettersi al passo e permetterci di poter sfruttare efficacemente questi materiali" ha commentato Arnold. Gli esiti della ricerca dell'University of Wisconsin-Madison rappresentano un primo passo che potrebbe accelerare la sostituzione dei transistor in silicio con quelli a nanotubi, cos da poter disporre degli avanzamenti prestazionali su cui si basa il settore della tecnologia e che sono richiesti dai consumatori. I ricercatori stanno continuando a lavorare per realizzare geometrie sempre pi simili a quelle usate nei transistor in silicio, che divengono via via pi piccole con ciascuna nuova generazione. Anche il processo di allineamento e deposizione oggetto di una fase di intenso sviluppo cos che possa essere reso adatto per le economie di scala proprie della produzione commerciale.

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