Transistor del futuro, da Pisa una scoperta che triplica l’efficienza dei circuiti bidimensionali

Università di Pisa e Wuhan sviluppano transistor bidimensionali più efficienti grazie all’ossigeno: lo studio pubblicato su Nature Electronics apre nuove prospettive per i computer del futuro

di Giulia Giuffrida

Un gruppo di ricerca composto da ingegneri, fisici e chimici dell’ateneo toscano, in collaborazione con l’Università di Scienza e Tecnologia di Wuhan in Cina, ha sviluppato un nuovo approccio per migliorare le prestazioni dei transistor bidimensionali, dispositivi considerati tra i candidati più promettenti per superare i limiti dell’attuale elettronica al silicio.

Lo studio, pubblicato nel numero di maggio della rivista Nature Electronics, mostra come l’introduzione controllata di atomi di ossigeno nei materiali bidimensionali permetta di “riparare” difetti atomici che ostacolano il passaggio delle cariche elettriche. Il risultato è un aumento delle prestazioni fino a tre volte rispetto ai dispositivi non trattati, con una tecnica compatibile con i processi industriali già esistenti.

“I transistor sono i mattoncini fondamentali dei circuiti elettronici che costituiscono i nostri calcolatori”, spiega Gianluca Fiori, docente di Elettronica al Dipartimento di Ingegneria dell’Informazione dell’Università di Pisa. “Da anni la ricerca cerca soluzioni che vadano oltre il silicio, puntando sui semiconduttori bidimensionali, spessi appena uno o due atomi. Questi materiali consentono di miniaturizzare ulteriormente i transistor, aumentando il numero di componenti nei circuiti e migliorando velocità ed efficienza dei dispositivi elettronici”.

Il principale ostacolo alla diffusione di questa tecnologia riguarda però la presenza di difetti microscopici all’interno dei materiali, che ne compromettono le prestazioni. Ed è proprio su questo fronte che interviene la nuova ricerca.

“In questo studio proponiamo un metodo per migliorare la qualità dei materiali bidimensionali utilizzando l’ossigeno”, aggiunge Damiano Marian, docente di Fisica della Materia al Dipartimento di Fisica dell’ateneo pisano. “Attraverso simulazioni a livello atomico siamo riusciti a dimostrare come l’ossigeno possa neutralizzare alcuni difetti naturalmente presenti nel materiale, migliorando il comportamento elettronico dei transistor”.

La parte teorica dello studio è stata sviluppata a Pisa, mentre il gruppo cinese di Wuhan ha curato le verifiche sperimentali. Grazie a simulazioni “a principi primi”, i ricercatori hanno modellato il comportamento della materia su scala atomica, spiegando il meccanismo che consente all’ossigeno di “curare” il materiale.

“Questi difetti consistono in atomi mancanti all’interno della struttura e limitano il movimento delle cariche elettriche”, sottolinea Teresa Cusati, chimico teorico e tecnologa del Dipartimento di Ingegneria dell’Informazione. “Introducendo atomi di ossigeno in modo controllato è stato possibile neutralizzare gran parte dei difetti, migliorando sia il trasporto delle cariche sia l’interfaccia tra il materiale e i contatti metallici”.

Secondo i ricercatori, il valore aggiunto dello studio è anche la compatibilità della tecnica con gli attuali processi produttivi dell’industria microelettronica. Un aspetto decisivo per favorire, in futuro, il trasferimento tecnologico dai laboratori alle applicazioni industriali.

La ricerca rappresenta quindi un ulteriore tassello nello sviluppo dei circuiti elettronici di nuova generazione, destinati a rendere i futuri computer più potenti, veloci ed efficienti dal punto di vista energetico.