Nanotransistori, il futuro passa anche da Pisa

Il contributo dell’Università di Pisa ai più recenti progressi della tecnologia dei materiali ultrasottili per i nanotransistori, componenti elettronici indispensabili per computer e smartphone.

Nanotransistori, il futuro passa anche da Pisa

La rivoluzione tecnologica ha portato formidabili capacità di cambiamento, nel calcolo e nella comunicazione dei nostri Pc e dei nostri smartphone, consentendo di mettere alcuni miliardi di transistor in un chip, in un tassello di silicio di circa due centimetri quadrati.

L’Università di Pisa è tra i principali protagonisti della ricerca scientifica, per la realizzazione di nuovi nanotransistori a basso consumo
I transistor del futuro sono sempre più piccoli e a basso consumo, materiali dello spessore di un solo atomo,

“come i calcogenuri dei metalli di transizione (TMD), il seleniuro di bismuto o il grafene, – spiega l’ing. Gianluca Fiori, ricercatore del dipartimento di Ingegneria dell’Informazione dell’Ateneo pisano – che per questo motivo sono promettenti per la realizzazione di transistor piccolissimi, fino a cinque nanometri, mentre quelli attuali sono circa 20 nanometri. Per rendersi conto delle dimensioni, un virus è circa 100 nanometri, un batterio è circa mille nanometri, e lo spessore di un capello è circa centomila nanometri”.

Ricerca Scientifica, tecnologia e innovazione, legge di Moore
Per capire gli effetti della miniaturizzazione in questo settore, basta pensare che il telefono che abbiamo in tasca è ormai un potente calcolatore grazie al fatto che l’industria dei semiconduttori è riuscita a realizzare negli ultimi 50 anni transistor sempre più piccoli e a raddoppiarne ogni 24 mesi il numero contenuto in un chip.
Per sostenere questo ritmo di innovazione, comunemente chiamato Legge di Moore, nei laboratori di ricerca in tutto il mondo si sta esplorando l’uso dei nuovi materiali bidimensionali, che hanno lo spessore di un solo atomo e quindi promettono una riduzione ulteriore delle dimensioni complessive dei transistor.

Non solo grafene, nuovi materiali bidimensionali promettono di rivoluzionare il futuro delle tecnologie. La ricerca scientifica condotta dall’Ateneo pisano insieme ad un team internazionale di ricercatori, mostra che l’arsenéne e l’antimonéne, i due nuovi materiali bidimensionali composti da arsenico e antimonio, possono consentire di realizzare “super transistor” ad alte prestazioni, con lunghezza di canale di soli 5 nm, non ottenibile con il silicio.

Si tratta di una linea di ricerca che richiede la convergenza della chimica, della fisica e dell’ingegneria e la definizione di un linguaggio e di un corpo di conoscenze comuni – afferma il professor Giuseppe Iannaccone, settore scientifico del Dipartimento di Ingegneria dell’Informazione dell’Università di Pisa.

Una ricerca fondamentale che vuole risolvere un problema applicativo concreto, superando la distinzione formale tra ricerca di base e applicata

La tecnologia di fabbricazione di questi materiali è ancora ai primi passi, per cui l’unico modo di valutare le potenzialità dei transistor basati sui nuovi materiali è di fare simulazioni al calcolatore, atomo per atomo, per poi orientare la ricerca sperimentale e industriale, infatti, “negli ultimi 12 anni – spiega Gianluca Fiori del dipartimento di Ingegneria dell’Informazione dell’Ateneo pisano – cominciando con il grafene, sono stati scoperti decine di materiali bidimensionali con proprietà interessanti per l’elettronica, ma anche con svantaggi significativi rispetto al silicio ed è quindi necessario selezionare quelli più promettenti su cui concentrare la ricerca.

Questa ricerca si basa sui sofisticati codici di simulazione di materiali, sui dispositivi elettronici sviluppati e distribuiti con licenza open source e utilizzati da decine di gruppi di ricerca in tutto il mondo.

La rivoluzione tecnologica ha portato formidabili capacità di cambiamento nel pc e smartphone
Dal lontano anno 1948, tempo dell’invenzione del transistor presso i laboratori Bell, alle ultime ricerche che hanno sviluppato la tecnologia attuale dei materiali bidimensionali come sostituti del silicio in elettronica, consentendo di mettere alcuni miliardi di transistor in un chip, sono i passi della rivoluzione tecnologica, che la comunità scientifica internazionale, ha portato avanti nella capacità di cambiamento del calcolo e della comunicazione.