Un super-transistor di grafene

Non uno, ma ben due diversi transistor di grafene – una particolare variante molecolare del carbonio – sono stati realizzati da due diversi gruppi di ricerca e mostrano capacità velocistiche da primato: sono in grado di operare alla rispettabile frequenza di 26 gigahertz e, a quanto dicono gli scienziati, si tratta solo di una frazione di quanto saranno in grado di fare i chip del futuro.

Ne è convinto anche uno dei due papà del grafene, quel Kostya Novoselov che assieme a Andre Geim viene spesso definito il leader della ricerca mondiale sul nuovo materiale, che definisce i risultati del T. J. Watson Research Center di IBM e degli HRL Laboratories come “un gran passo in avanti nella dimostrazione delle capacità di lavorare ad alte frequenze dei chip di grafene”: entrambi i team, finanziati da DARPA (dunque per scopi militari), sono comunque convinti di poter agevolmente raggiungere i 90 gigahertz con i progressi degli attuali progetti.

Ma è ancora una volta Geim ad alzare ulteriormente l’asticella della sfida: “Novanta gigahertz non sono poi granché per il grafene: la frequenza massima potrebbe anche essere 10 volte superiore, nel range dei terahertz”. La sorgente ideale per costruire strumenti di imaging che sfruttino i cosiddetti raggi T , capaci ad esempio di eseguire i controlli aeroportuali di bagagli e passeggeri rivelando con maggiore precisione armi e materiali pericolosi, e altrettanto utili nel settore medico.

Gli obiettivi delle ricerche finanziate da DARPA per il momento si concentrano piuttosto sulla comunicazione ad alta frequenza, la creazione di sistemi radar evoluti e magari la creazione di visori notturni più efficaci: in questo senso il grafene potrebbe consentire la costruzione di apparecchi più economici e allo stesso tempo più potenti, leggeri e compatti: il tutto portando avanti anche la costruzione di wafer di grafene di dimensioni più simili a quelle impiegate nelle produzioni industriali dei chip, arrivando presto all’utilizzo di wafer dal diametro di 200 millimetri.

I due team, in ogni caso, hanno adottato approcci diversi per raggiungere questo obiettivo. I tecnici di IBM sono in grado di “grattare” letteralmente fogli di grafene da un blocco più grande: questa tecnica garantirebbe risultati migliori, ma porrebbe difficoltà maggiori per aumentare il diametro complessivo del foglio. I ricercatori HRL puntano invece su una tecnica che prevede l’evaporazione del silicio contenuto in una lega con carbonio portando il tutto a temperature superiori ai 1.200 gradi: il carbonio rimanente si ricombina autonomamente in un foglio di grafene, dal quale partire per la lavorazione.

Il tutto si dovrebbe comunque tradurre in un vantaggio complessivo per l’industria dei semiconduttori: proprio l’approvvigionamento di materie prime in formati industrialmente sfruttabili limita al momento le applicazioni del grafene. Che potrebbero spaziare dai chip superveloci, come ampiamente dimostrato dagli esperimenti in terra statunitense, fino al tanto agognato elaboratore quantico.