Nanofili, una scoperta può portare a transistor ultraveloci per i futuri microprocessori

Per realizzare chip più veloci ed efficienti, le aziende del settore e i centri di ricerca studiano da tempo i nanofili e le loro proprietà, soluzioni che dovrebbero portare ad avere transistor più avanzati di quelli attuali. Per far sì che un circuito sia migliore e più efficiente, un ruolo importante lo ricopre la mobilità degli elettroni: più velocemente si postano nei nanofili, maggiore è la velocità di commutazione del transistor, con una conseguente riduzione dell'energia richiesta.

Un gruppo di ricercatori della Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR), insieme a quelli della TU Dresden e del NaMLab hanno annunciato di aver dimostrato sperimentalmente che la mobilità degli elettroni risulta decisamente superiore quando il rivestimento (guscio) del nanofilo pone il nucleo sotto trazione. Lo studio è disponibile su Nature.

Più il materiale è teso, maggiore è la velocità con cui gli elettroni possono attraversarlo

I nanofili hanno infatti una proprietà unica, ovvero possono sostenere deformazioni elastiche molto elevate senza danneggiare la struttura cristallina del materiale. Questo avviene sebbene i materiali usati per la loro realizzazione non siano insoliti. L'arseniuro di gallio, ad esempio, è noto per avere una mobilità intrinseca degli elettroni elevata.

I ricercatori di Dresda, per migliorare questa mobilità, hanno prodotto nanofili formati per l'appunto da arseniuro di gallio per il "core", ossia il nucleo, e arseniuro di indio-alluminio per il rivestimento (o guscio).

I diversi ingredienti chimici portano le strutture cristalline del rivestimento e del nucleo ad avere spazi reticolari leggermente diversi, portando il rivestimento ad esercitare un'elevata sollecitazione meccanica sul nucleo. L'arseniuro di gallio nel nucleo cambia così le sue proprietà elettroniche. 

"Influenziamo la massa effettiva degli elettroni nel nucleo. Gli elettroni diventano più leggeri, per così dire, il che li rende più mobili", ha spiegato la dott.ssa Emmanouil Dimakis dell'HZDR.

"Sapevamo che gli elettroni nel nucleo sarebbero stati ancora più mobili nella struttura cristallina sottoposta a tensione. Ma quello che non sapevamo era la misura in cui il rivestimento del filo avrebbe influenzato la mobilità degli elettroni nel nucleo. Il nucleo è estremamente sottile, consentendo agli elettroni di interagire con il rivestimento e di essere dispersi da esso", ha aggiunto Dimakis.

Una serie di misurazioni e test hanno dimostrato l'effetto: nonostante l'interazione con il rivestimento, gli elettroni nel nucleo dei fili in esame si sono mossi circa il 30% più velocemente a temperatura ambiente rispetto agli elettroni in nanofili comparabili privi di deformazione. I ricercatori hanno misurato la mobilità degli elettroni applicando la spettroscopia ottica senza contatto.

La scoperta è importante per sviluppare transistor ultraveloci. Il prossimo passo dei ricercatori sarà quello di sviluppare i primi prototipi basati sui nanofili studiati e di testarne l'idoneità in vista di un uso concreto. A tal fine intendono applicare, testare e migliorare i contatti metallici sui nanofili, nonché testare il drogaggio dei nanofili con il silicio e ottimizzare i processi di produzione.

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