Grafene e nanotubi insieme per creare uno switch digitale

Un gruppo di ricercatori della Michigan Technological University ha trovato un modo per combinare il grafene e i nanotubi così da realizzare un dispositivo di switching digitale che possa essere sfruttato per applicazioni elettroniche.

I ricercatori hanno utilizzato nanotubi al nitruro di boro, che funge da isolante. Strettamente parlando il nitruro di boro è un semiconduttore, ma la sua bandgap è talmente ampia che può operare bene come isolante. L'ampia bandgap dei nanotubi al nitruro di boro fa da contraltare alla mancanza della bandgap nel grafene.

I ricercatori hanno escogitato un sistema per abbinare i due materiali così da poter sfruttare le loro proprietà elettroniche in un dispositivo che avrebbe consentito sia un veloce movimento degli elettroni sia la possibilità di interrompere completamente questo movimento.

I ricercatori hanno quindi realizzato il grafene tramite una tecnica di esfoliazione e ne hanno modificato la superficie così da realizzare piccoli fori. In corrispondenza dei fori sono stati fatti crescere i nanotubi di nitruro di boro. "Quando abbiamo combinato questi due materiali, abbiamo creato qualcosa di meglio. Quando si uniscono si viene a creare una discrepanza di bandgap che crea la cosiddetta barriera di potenziale che ferma gli elettroni" ha spiegato Yoke Khin Yap, professore alla MTU.

Gli elettroni possono muoversi liberamente nel grafene, ma quando giungono alle protuberanze formate dai nanotubi rallentano. Nel punto in cui il grafene incontra i nanotubi, detto eterogiunzione, è possibile creare gli switch digitali. I ricercatori affermano che il tasso di switch - ovvero la velocità con cui il materiale può permettere e arrestare il flusso di elettroni - è molto elevato con una velocità rilevata in diversi ordini di grandezza superiore a quella degli attuali switch in grafene.

Il materiale ibrido riesce inoltre ad evitare il problema dello scattering degli elettroni, per il quale vengono dispersi in direzioni non volute. L'aggiramento del problema è possibile dal momento che i due materiali utilizzati, grafene e nanotubi di carbonio, hanno la stessa geometria atomica. Yap afferma che questa ricerca si innesta sui percorsi già avviati in passato nel tentativo di realizzare transistor senza semiconduttori, i quali hanno l'effetto collaterale di dissipare molto calore quando vengono ridotti di dimensione. L'uso del grafene e dei nanotubi aggira anche questo problema.

I ricercatori cercheranno ora di lavorare per minimizzare ancor di più l'effetto di scattering e per trovare un metodo che permetta di realizzare questi switch in maniera economicamente sostenibile e commercialmente opportuna così da poter costruire processori sempre più veloci.