L’elettronica diventa verde grazie alla nanotecnologia

“Il nostro obiettivo finale è quello di rendere l’elettronica sempre più a basso consumo perché questo è ciò che in questo momento il mondo ci chiede. Ci stiamo avvicinando ad alcuni limiti fondamentali che renderanno tutto più veloce, più economico, migliore e più piccolo. E questo accadrà presto”, ha detto Robert Wolkow, il preside dell’ ICORE, Nanoscale Information and Communications Technology presso la Facoltà di Scienze presso l’Università di Alberta.  “Sarà necessario un nuovo metodo di calcolo.”

Robert Wolkow, Università di Alberta – Crediti: National Institute for Nanotechnology

Con queste parole Wolkow, sta in realtà fornendo una motivazione al crescente restringimento delle dimensioni degli apparecchi tecnologici: lui e il suo team di ricerca, insieme a  l’Istituto Nazionale per le Nanotecnologie,  mirano a costruire tutte le nuove tecnologie su scala atomica, con  applicazioni pratiche nel mondo reale.

Wolkom e il suo team non sono nuovi a questo tipo di tecnologia. Il suo laboratorio ha, infatti, già fatto la sua comparsa nel libro del Guinness dei Primati per aver inventato l’oggetto più sottile al mondo: l’estremità di un microscopio dell’ampiezza di un atomo.  All’inizio del 2009 hanno creato il più piccolo punto di quanti, un singolo atomo di silicio, della misura inferiore a un nanometro, utilizzando una tecnica che riceverà un brevetto statunitense a fine mese. Questi punti altro non sono, spiega Wolkow, che contenitori analoghi alle sacche, confinanti con gli elettroni, che possono essere  posizionati consentendo agli elettroni di trovarsi contemporaneamente in due tasche. Questo consentirebbe loro di interagire e di condividere gli elettroni, creando un livello di controllo, che li rende particolarmente adatti per circuiti elettronici simili ai computer. “Potrebbe essere importante come il transistor”, dice Wolkow. “E pone le basi per una nuova base di elettronica, in particolare, l’elettronica a basso consumo di energia”.

A partire dalle loro recenti scoperte, il team di ricercatori ha modificato i microscopi a scansione a effetto tunnel con il microscopio dall’estremità di un atomo, che emette ioni invece di luce a risoluzione superiore. Come l’ago di un giradischi, i microscopi possono tracciare la topografia di atomi di silicio, percependo le caratteristiche della superficie su scala atomica.

In un nuovo documento pubblicato in Physical Review Letters , il borsista post-dottorato Bruno Martins insieme a Wolkow e gli altri membri del team, hanno osservato per la prima volta come un flusso di corrente elettrica attraversa la superficie di un cristallo di silicio e anche misura la resistenza elettrica. Conoscere ciò che provoca la resistenza elettrica ed essere in grado di registrare la grandezza della resistenza apre la strada alla progettazione di dispositivi nanoelettronici superiori. In un altro documento antecedente, il dottorando Marco Taucer, insieme al team di ricerca ha osservato come i singoli elettroni saltino dentro e fuori i punti di quanti, mettendo a punto un metodo di monitoraggio della quantità di elettroni nella tasca misurando la carica del punto. In passato, tali osservazioni non erano possibili.

I risultati del gruppo, anche pubblicati su Physical Review Letters , dànno agli scienziati la possibilità di monitorare la carica di questi punti quantici, avendo inoltre trovato anche un modo per crearli funzionanti a temperatura ambiente, con l’abbattimento dei costi dovuti alla criogenia.

Wolkow e il suo team hanno creduto così fortemente nel potenziale commerciale di circuiti su scala atomica, da lanciare sul mercato due anni fa la propria azienda spinoff, Quantum Silicon Inc, che nel corso dei prossimi 5-6 anni dovrebbe dimostrare il potenziale di questi circuiti “estremamente verde ” che possono fare uso di batterie a lunga durata molto piccole. Gran parte dei loro sforzi si concentreranno inizialmente sulla creazione di tecnologie ibride, aggiungendo circuiti a scala atomica ai dispositivi elettronici convenzionali come GPS o satelliti. Stando alle dichiarazione dei ricercatori potrebbe essere necessario un decennio prima che sia possibile produrre in serie i circuiti a scala atomica, ma il potenziale per il futuro è notevole, con una prospettiva di 1000 miliardi di dollari, dice Wolkow.