Scienziati cinesi e statunitensi sviluppano un rivoluzionario semiconduttore al grafene

Il primo semiconduttore funzionale in grafene potrebbe consentire dispositivi più piccoli e più veloci e avere applicazioni per l’informatica quantistica

[8 Gennaio 2024]

Lo studio “Ultrahigh-mobility semiconducting epitaxial graphene on silicon carbide”, pubblicato su Nature da un team di scienziati cinesi dell’università di Tianjin e statunitensi del Georgia Institute of Technology, illustra la creazione del primo semiconduttore funzionale al mondo realizzato in grafene, un singolo foglio di atomi di carbonio tenuti insieme dai legami più forti conosciuti.

I ricercatori cinesi hanno spiegato all’agenzia ufficiale Xinhua che «Il grafene, un materiale bidimensionale formato da un solo strato di atomi di carbonio, è attualmente considerato il materiale elettronico più promettente in questo campo. Tuttavia, la struttura zero bandgap del grafene, che non produce alcuna differenza di energia quando gli elettroni nei semiconduttori saltano tra zone a bassa e alta energia, in precedenza ne impediva l’utilizzo per rappresentare gli 1 e gli 0 nel sistema di calcolo elettronico».

Il  Georgia Institute of Technology ricorda che «I semiconduttori, ovvero materiali che conducono l’elettricità in condizioni specifiche, sono componenti fondamentali dei dispositivi elettronici. La svolta del team spalanca la porta a un nuovo modo di fare elettronica. Un semiconduttore utilizzabile con un interruttore on-off in grafene, un materiale di carbonio di gran lunga superiore al silicio in termini di potenziale elettronico». I ricercatori sono riusciti a produrre producendo un grafene su substrati di carburo di silicio (SiC) monocristallino con un bandgap di 0,6 eV.

Una scoperta che arriva mentre il silicio, il materiale di cui sono fatti quasi tutti i dispositivi elettronici moderni, sta raggiungendo il suo limite a fronte di calcoli sempre più veloci e di dispositivi elettronici più piccoli.

Walter de Heer, professore di  fisica  alla Georgia Tech, che ha guidato i team di ricercatori ad Atlanta e a Tianjin per produrre «Un semiconduttore di grafene compatibile con i metodi di elaborazione microelettronica convenzionali: una necessità per qualsiasi alternativa praticabile al silicio».

La legge di Moore, secondo cui la potenza di calcolo raddoppia ogni due anni, negli ultimi tempi è stata messa in discussione da un rallentamento. Questo ritmo più lento è dovuto alle estreme difficoltà incontrate nel tentativo di ridurre le dimensioni dei chip a base di silicio a meno di 2 nanometri.

Inoltre, secondo lo studio «La mobilità a temperatura ambiente del grafene sviluppato dai due team di ricerca è 10 volte maggiore di quella del silicio.

Pertanto, è chimicamente, meccanicamente e termicamente robusto e può essere sintetizzato con tecniche convenzionali di fabbricazione di semiconduttori, hanno affermato i ricercatori».

Uno degli autori corrispondenti dello studio, Ma Lei dell’università di Tianjin, conclude: «Il semiconduttore bidimensionale di grafene potrebbe aprire una nuova strada per dispositivi elettronici ad alte prestazioni oltre la tradizionale tecnologia basata sul silicio, annunciando un cambiamento fondamentale nell’elettronica».