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Molibdenite: meglio ancora del grafene?

molibdenite

Una recente ricerca condotta presso l'Istituto Federale di Tecnologia di Losanna (Epfl), ha individuato nella molibdenite un possibile e promettente concorrente del grafene. I nuovi circuiti elettronici basati su questo materiale saranno più piccoli e veloci?

La molibdenite, questo materiale (inedito per le sue potenziali applicazioni nel campo dell'elettronica) sembra perciò essere molto promettente, e avrebbe la possibilità di superare i limiti fisici offerti dalla tecnologia oggi maggiormente impiegata, cioè quella basata sul silicio. I ricercatori dell'EPFL hanno dato dimostrazione di ciò realizzando il primo microchip basato sulla molibdenite, caratterizzato dalla presenza di transistor più piccoli e più efficienti dal punto di vista energetico. Dopo aver rivelato i vantaggi derivanti dall'utilizzo della molibdenite nell'elettronica, i ricercatori dell'EPFL hanno intrapreso il passo successivo, quello definitivo. Il laboratorio di elettronica e strutture su nanoscala (LANES) ha infatti realizzato il primo circuito integrato basato su questo materiale, confermando a tutti gli effetti che la molibdenite è in grado di superare i limiti fisici del silicio in termini di miniaturizzazione, consumo di elettricità, e flessibilità meccanica.

Andras Kis, direttore del LANES, afferma: "Abbiamo realizzato un primo prototipo di circuito integrato, contenente da due a sei transistor, e abbiamo dimostrato che le operazioni basilari della logica binaria si sono mantenute valide, il che dimostra che potremo in futuro realizzare un chip di dimensioni maggiori”. Andras Kis ha recentemente pubblicato due articoli inerenti questo argomento sulla rivista scientifica ACS Nano. Agli inizi del 2011, i laboratori di ricerca rivelarono l'enorme potenziale offerto dal bisolfuro di molibdeno (MoS2), un minerale relativamente facile da reperire e disponibile in forma naturale (esistono dei giacimenti anche in Italia). La sua struttura chimica e le sue proprietà semi-conduttive lo rendono un materiale ideale per l'impiego nei transistor. Esso può pertanto competere direttamente con il silicio, il componente oggi maggiormente utilizzato per la fabbricazione dei componenti elettronici, e su alcuni punti può anche rivaleggiare con il grafene, il materiale premiato con il Nobel per la Chimica nel 2010.

"Il principale vantaggio del bisolfuro di molibdene è che esso permette di ridurre le dimensioni dei transistor, rendendoli sempre più piccoli" spiega Kis. Fino ad oggi nessuno è stato in grado di realizzare degli strati di silicio spessi meno di due nanometri (un nanometro corrisponde a un milionesimo di millimetro), in quanto si correrebbe il rischio di scatenare una reazione chimica che ossiderebbe la superficie del componente, compromettendo le proprietà elettroniche. La molibdenite, per contro, può essere lavorata in modo tale da ottenere degli strati con uno spessore di soli tre atomi, consentendo di realizzare dei chip che sono almeno tre volte più sottili. Anche a questi livelli, il materiale si mantiene molto stabile, ed è molto semplice controllare la sua conduzione. Uno spessore di tre atomi (in realtà leggermente superiore, poichè la molibdenite, essendo un composto, è formata da molecole) è superiore a quello minimo ottenibile con il grafene (un solo atomo), ma la molibdenite mantiene intatte le sue proprietà anche a questi spessori, a differenza del grafene che deve essere "drogato".Inoltre, il grafene non è disponibile in forma naturale, occorre produrlo con un processo industriale abbastanza sofisticato.

I transistor costruiti con la molibdenite sono anche molto efficienti. "Possono essere posti negli stati di conduzione e di interdizione in tempi molto rapidi, e collocati anche in una vera modalità standby” aggiunge Kis (quindi la velocità di commutazione ottenibile è molto elevata, un requisito fondamentale per le applicazioni ad alta frequenza). La molibdenite è alla pari del silicio in termini di capacità di amplificazione dei segnali elettronici, con un segnale in uscita fino a quattro volte superiore rispetto a quello in ingresso. Ciò dimostra che esiste un "potenziale considerevole per costruire dei chip di complessità maggiore", afferma Kis. "Con il grafene, per esempio, questa amplificazione è pari a circa 1. Al di sotto di questa soglia, la tensione in uscita non sarebbe sufficiente ad alimentare un secondo chip, simile al primo."

La molibdenite possiede anche delle proprietà meccaniche che la rendono interessante per applicazioni "flessibili" nel campo del'elettronica. Potrebbe, ad esempio, essere utilizzata per realizzare dei fogli flessibili contenenti circuiti elettronici, con molteplici applicazioni nel campo dell'elettronica di consumo e dei dispositivi portatili.

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