Gli scienziati della Michigan Technological University, guidati dal professore di fisica Yoke Khin Yap, hanno creato un dispositivo "quantum tunneling" che agisce come un transistor a effetto di campo (FET). L'importanza di questo lavoro sta però in due particolari: il transistor funziona a temperatura ambiente e non si avvale di materiali semiconduttori.
Stando a quanto riportato dal sito Kurzweilai, legato all'inventore Raymond Kurzweil (oggi direttore del reparto di ingegneristica di Google), il trucco sta nell'uso di "nanotubi di nitruro di boro" (BNNT) con punti quantici (quantum dots, QD) fatti d'oro.
Applicando sufficiente tensione al dispositivo, questo passa da uno stato isolante e a uno in cui è in grado di condurre; quando la tensione viene ridotta o eliminata completamente, ritorna allo stato isolante.
Gli elettroni (blu) passano su una serie di punti quantici d'oro posti sopra nanotubi di nitruro di boro (in basso). Questo dispositivo agisce come un transistor a temperatura ambiente e senza necessitare di semiconduttori.
"Non c'è una dispersione di corrente da parte degli elettroni che rifuggono dai punti d'oro all'interno dell'isolante BNNT, così il canale di tunneling rimane fresco. Il silicio, invece, è soggetto a una dispersione che spreca energia e genera molto calore, frenando la miniaturizzazione dei transistor", riporta il sito.
Per arrivare a realizzare un transistor che non è basato su materiali semiconduttori sono stati necessari tre anni di lavoro. Nel 2010 il team guidato dal professor Yap ha capito come creare "tappeti virtuali" di BNNT che essendo isolanti sono altamente resistenti alla carica elettrica.
Usando dei laser il team ha poi collocato dei punti quantici d'oro da tre nanometri sulla cima dei nanotubi di nitruro di boro, formando quello che è definito dalla sigla QD-BNNT. I nanotubi di nitruro di boro rappresentano substrati perfetti per i punti quantici per via dei diametri ridotti, controllabili e uniformi, oltre che per la loro natura isolante. I BNNT limitano le dimensioni dei punti depositabili.
In collaborazione con gli scienziati dell'Oak Ridge National Laboratory (ORNL), il team ha "sparato elettrodi" su entrambi i capi del dispositivo QD-BNNT a temperatura ambiente. Questo ha scatenato gli elettroni, che hanno iniziato a saltare in modo preciso da un punto d'oro all'altro - seguendo un fenomeno detto quantum tunneling.
Per capire meglio questo lavoro, il professor Yap consiglia di "immaginare che i nanotubi siano un fiume, con elettrodi su ogni riva. Ora pensate ad alcune pietre molto piccole che permettono di guadare il fiume. Gli elettroni saltano su queste pietre, che tuttavia sono così piccole da poter sostenere un solo elettrone alla volta. Ogni elettrone salta nello stesso modo, quindi il dispositivo è sempre stabile".
Altri ricercatori in giro per il mondo hanno realizzato transistor che sfruttano il fenomeno del quantum tunneling, ma finora il loro funzionamento aveva richiesto temperature tipiche dell'elio liquido (-268 gradi Celsius). Il segreto del dispositivo creato dalla Michigan Technological University è la dimensione: un micron di lunghezza e 20 nanometri di larghezza.
"Le isole d'oro devono essere nell'ordine dei nanometri per controllare gli elettroni a temperatura ambiente", ha dichiarato il fisico John Jaszczak. "Se sono troppo grandi, possono scorrere troppi elettroni. Lavorare con nanotubi e punti quantici permette di scalare alle dimensioni utili per i dispositivi elettronici".
"In teoria, questi canali di tunneling possono essere miniaturizzati fino a dimensioni praticamente pari a zero in cui la distanza tra gli elettrodi è ridotta a una piccola frazione di un micron", ha dichiarato Yap. Il professore ha già depositato un brevetto su questa tecnologia. Chissà quante aziende busseranno prima o poi alla sua porta.