Stanene: anche lo stagno ha il suo materiale bidimensionale

Un team di ricercatori coordinati dal professor Shoucheng Zhang della Stanford University ripone forti speranze in un nuovo materiale denominato stanene ed in particolare nella sua capacità di conduzione con il 100% di efficienza a temperatura ambiente e a temperature superiori.

Il gruppo, che include ricercatori della Stanford University e dello SLAC National Accelerator Laboratory di proprietà del Dipartimento dell'energia USA, ha battezzato il nuovo materiale stanene, per collegarlo idealmente al grafene, dal momento che è basato su un monostrato bidimensionale di atomi di stagno, esattamente come avviene con il carbonio nel grafene.

Spiega Zhang: "Non si tratta di un superconduttore, conduce solamente il 100% di energia ai bordi mentre l'interno di questo materiale bidimensionale è isolante". In pratica le linee di interconnessione dello stanene agiscono come cavi superconduttori doppi uno accanto all'altro, dal momento che ciascun nastro di stanene supporterà due linee di collegamento a resistenza nulla, una su ciascun bordo. L'unica resistenza offerta dall'interconnessione di stanene sarà ai due capi, dove si provvederà a realizzare un contatto con tradizionale circuiteria on-chip.

"La differenza chiave è che la resistenza di un normale conduttore scala linearmente con la sua lunghezza: più lungo è il cavo, maggiore è la resistenza. Ma per lo stanene l'unica resistenza è il contatto, quindi la resistenza totale di una linea è costante a prescindere dalla sua lunghezza" ha sottolineato Zhang.

Le scoperte di Zhang sono state effettuate mediante simulazione computerizzata e presso la Tsinghua University di Pechino e il Max Planck Institute for Chemical Physics of Solids di Dresda sono attualmente in corso le prove sperimentali per confermare le previsioni teoriche. Se fosse possibile realizzare lo stanene e confermarne le proprietà, si tratterebbe di una buona notizia per il settore della produzione di chip dal momento che l'eventuale adozione di sottili nastri di stanene per le interconnessioni ad alte velocità potrebbe consentire di ridurre il consumo dei chip e la dissipazione termica.

I materiali in grado di agire da conduttori sulla superficie e da isolanti all'interno sono chiamati isolanti topologici. "Si tratta di qualcosa di simile a quanto accade con i superconduttori, ma la differenza sostanziale è che nel campo dei superconduttori nessun materiale è stato anticipato teoricamente e confermato sperimentalmente, sono stati scoperti tutti sperimentalmente. Nel campo degli isolanti topologici sono invece stati tutti anticipati e poi confermati, esplicitando quanto sia più veloce predire un materiale a livello teorico piuttosto che cercare di scoprirlo sperimentalmente in un laboratorio chimico".

I ricercatori hanno impiegato gli stessi strumenti di simulazione per prevedere come i monostrati di stagno possano essere in grado di mostrare una resistenza nulla ai bordi quando terminati con atomi di fluoro sulla parte superiore ed inferiore del monostrato (come si vede nell'illustrazione sopra, i pallini gialli sono gli atomi di fluoro), allo scopo di allargare la banda proibita del materiale. "Gran parte della ricerca sui materiali è oggi ancora sperimentale, ma noi stiamo realmente facendo leva sulla potenza dei computer per spingere in avanti la ricerca e siamo in grado di progettare materiali con le desiderate caratteristiche, una sorta di rivoluzione che permette di far progredire la ricerca sui materiali semiconduttori" ha commentato a tal proposito Zhang.

I ricercatori stanno ora lavorando all'aggiunta di un gate ai nastri di stanene per realizzare un dispositivo a tre terminanzioni, in maniera tale da poter usare lo stanene come sostituto del silicio nei canali di transistor. Se ciò fosse possibile Zhang ironizza sul fatto che un domani la Silicon Valley potrebbe prendere il nome di Tin Valley. La ricerca è stata finanziata dal DARPA - Defense Advance Research Projects Agency.