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Con tutto l'interesse per i superconduttori che circola negli ultimi giorni (parliamo di LK-99), può capitare che una notizia non riceva l’attenzione che merita. Ma la scienza accade ovunque, in ogni momento: ora, un gruppo di ricercatori del Massachusetts Institute of Technology (MIT) ha sviluppato un dispositivo superconduttore che, a loro dire, migliorerà l'efficienza energetica e termica dell'elettronica. Il loro lavoro è stato pubblicato online su Physical Review Letters.
Come l'LK-99 (che deve ancora superare il processo di peer review), il diodo progettato dal MIT è ancora agli inizi della sua progettazione. Tuttavia, Jagadeesh Moodera (autore principale) e altri affermano che questo diodo è già due volte più efficiente delle precedenti architetture di diodi quando si tratta di trasportare corrente (e prevenire le perdite), con un ampio margine di per migliorare le sue caratteristiche.
Potrebbe persino avere un impatto sul calcolo quantistico. In effetti, questo sviluppo è stato frutto di una scoperta casuale quando il team ha esaminato i fermioni di Majorana, uno degli elementi costitutivi dei qubit topologici, un progetto seguito da Microsoft. Il team si è presto reso conto che il lavoro sui diodi superconduttori, ispirato ai fermioni di Majorana, poteva essere facilmente trasferito nel regno dei circuiti classici (cioè non quantistici).
Il diodo del MIT è costituito da una striscia ferromagnetica (rosa) in cima a un film sottile superconduttore (grigio). Il team ha anche identificato i fattori chiave che rendono questa struttura un diodo, un elemento cioè che permette il passaggio della corrente elettrica in una sola direzione - in questo caso senza resistenza visto che parliamo di superconduttività.
Il diodo è l’elemento fondamentale dell’elettronica: con i diodi si fanno i transistor, e con miliardi di transistor (ma anche tanti diodi!) si fanno i chip elettronici. Le porte logiche si fanno con diodi e transistor; I LED e gli OLED degli schermi sono diodi.
Ma c’è anche la questione del calore. A oggi, ogni volta che una corrente elettrica attraversa un componente elettronico, c’è una resistenza, qualcosa che si oppone al passaggio della corrente stessa. Si tratta di una cosa indesiderata, il cui effetto collaterale principale è il calore: gli elettroni vanno a sbattere contro gli atomi del materiale usato, e questi impatti liberano energia sotto forma di calore.
Poi noi dobbiamo prendere dissipatori e ventole per levarcelo di torno, quel calore. Ma il problema è più serio per i progettisti, che devono appunto tenere in considerazione il calore: non possono fare un processore da 1 THz con mille miliardi di transistor, perché brucerebbe subito.
Ed ecco perché la conduttività è rivoluzionaria: zero resistenza (o anche quasi zero) significa zero calore da dissipare, quindi più prestazioni e meno consumi, nonché costi di gestione ridotti.
Solo che, come abbiamo visto in altre occasioni, ad oggi la superconduttività si può ottenere solo a temperature molto basse, vicino allo zero assoluto. Un problema che gli scienziati del MIT stanno cercando di risolvere, lavorando su differenze microscopiche nella struttura.
Il team afferma che il diodo superconduttore è robusto e in grado di funzionare in un ampio intervallo di temperature, aprendo potenzialmente la porta a nuove tecnologie e progetti. Per aggiungere rilevanza alla scoperta, gli ingegneri affermano che il design di questi diodi è abbastanza semplice e compatibile da essere facilmente scalabile: se ne possono produrre milioni su un singolo wafer di silicio.
Parlando con SciTechDaily, Philip Moll (direttore dell'Istituto Max Planck per la struttura e la dinamica della materia in Germania e non coinvolto nella ricerca) ha affermato che il documento del team del MIT mostra come i diodi superconduttori siano ora un "problema completamente risolto da una prospettiva ingegneristica". Ha anche aggiunto che le efficienze record mostrate dal progetto sono state raggiunte "senza nemmeno provarci", con strutture "ancora lontane dall'essere ottimizzate". Quindi c’è ancora molto margine di miglioramento.
Immagine di copertina: hamara
