I ricercatori studiano da diverso tempo materiali diversi dal silicio, in modo da sostituirlo nella creazione di componenti elettronici migliori e più veloci. Il silicio, così come lo usiamo oggi, tra pochi anni evidenzierà tutti i suoi limiti, impedendo il raggiungimento di nuovi traguardi nella miniaturizzazione se non a costi esorbitanti.
Per questo gli studiosi di tutto il mondo stanno lavorando sul grafene e altri materiali promettenti. Da pochi anni c'è chi studia il silicene, un "derivato" del silicio che il sito GigaOM ha definito simpaticamente come "il figlio del silicio e del grafene".
Silicene
Una definizione "alla buona", ma che rende l'idea. Il silicene nasce infatti dall'ipotesi che il silicio possa esistere anche sotto forma di fogli bidimensionali simili al grafene, nonostante i suoi atomi non siano portati a legarsi naturalmente in quel modo. L'ipotesi non solo si è rivelata fondata, ma all'Università del Texas (Austin) si sono spinti oltre realizzando il primo transistor fatto di silicene, come riporta l'autorevole rivista Nature.
Anche se il dispositivo ha prestazioni modeste e una durata di vita di pochi minuti, il raggiungimento di questo traguardo rappresenta un grande passo per la comunità scientifica. "Nessuno si sarebbe aspettato che in un periodo così breve qualcosa che non esisteva potesse dare vita a un transistor", ha dichiarato Guy Le Lay, scienziato dei materiali presso la Aix-Marseille University (Francia) e uno dei padri del silicene.
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Le Lay scommette sulle potenzialità del silicene perché non vede di buon occhio il grafene, un materiale che sebbene abbia caratteristiche di conduttività incredibili, non ha una band gap (banda proibita), un "ostacolo energetico" che gli elettroni devono superare prima di trasportare la corrente. La presenza della band gap consente ai semiconduttori di accendersi e spegnersi ed eseguire operazioni logiche.
Vi sono stati studi in passato (e ve ne sono tuttora) volti a dotare il grafene di una band gap, ma secondo Le Lay "per applicazioni logiche il grafene è senza speranza". Al contrario il silicene può avere una band gap, perché parte dei suoi atomi si deformano verso l'alto formando creste ondulate che mettono alcuni dei suoi elettroni in stati energetici leggermente differenti.
Lew Lok Yan Voon, fisico teorico presso il Military College of South Carolina di Charleston, concorda sul potenziale del silicene perché "i produttori di chip elettronici sono cauti nel buttare dalla finestra decenni di esperienza nella produzione del silicio in favore del carbonio". La creazione del transistor in silicene è stata però tutt'altro che semplice.
Il materiale non può essere esfoliato da un blocco solido con nastro adesivo, a differenza del grafene. I ricercatori hanno prodotto il silicene lasciando condensare un vapore caldo formato da atomi di silicio su un blocco di argento cristallino in una camera a vuoto, un processo molto complicato.
Inoltre, a differenza del grafene il silicene esposto è estremamente instabile in aria, cosa che complica il trasferimento del sottilissimo foglio su substrati interni. Così Deji Akinwande, ricercatore dell'Università del Texas, ha unito le forze con Alessandro Molle dell'Istituto per la Microelettronica e Microsistemi di Agrate Brianza per dotare il silicene di un'armatura.
I due hanno creato un foglio di silicene su un sottile strato di argento, e vi hanno aggiunto sopra uno strato di allumina di 5 nanometri. Hanno poi staccato questo "sandwich di silicene" dalla sua base in mica, capovolto l'argento e l'hanno posato su un substrato di silicio ossidato. Infine, hanno delicatamente rimosso tramite incisione parte dell'argento lasciando due isole di metallo come elettrodi, con una striscia di silicene esposta tra loro.
Purtroppo, pur avendo ottenuto un transistor, un'applicazione pratica è ancora lontana: il silicene esposto degrada in circa due minuti, tempo utile per verificare la presenza di una band gap. Adesso i ricercatori stanno pensando di creare un rivestimento supplementare sulla parte superiore del transistor di silicene per estenderne la durata di vita.
Jari Kinaret della Chalmers University of Technology di Goteborg è però pessimista: "Si fa un gran parlare di silicene, germanene e fosforene ma le difficoltà con questi materiali sono ancora abbastanza importanti". Guy Le Lay è tuttavia convinto che nel mondo accademico ci sarà una corsa allo studio del silicene. "Ora che è stato realizzato un dispositivo altri scienziati sanno che non si tratta di un materiale dei sogni bensì di una cosa pratica".