Un nuovo transistor ideato dal MIT potrebbe cambiare il mondo dell'elettronica

I fisici del MIT sono riusciti a realizzare un transistor basato su un materiale ferroelettrico ultrasottile che avevano creato nel 2021 e che potrebbe avere un forte impatto sull'evoluzione dell'elettronica in futuro.

Al momento è stato creato un solo campione del nuovo transistor, ma secondo il professor Pablo Jarillo-Herrero "per diversi aspetti le sue proprietà rispettano o superano gli standard industriali".

"Nel mio laboratorio ci occupiamo principalmente di fisica fondamentale. Questo è uno dei primi, e forse più chiari, esempi di come la scienza di base abbia portato a qualcosa che potrebbe avere un grande impatto sulle applicazioni finali", ha aggiunto Jarillo-Herrero. Secondo quanto riportato dal sito dell'ateneo, tra le proprietà "superlative" del nuovo transistor troviamo:

• Può passare da una carica positiva a una negativa - essenzialmente gli uni e gli zeri dell'informazione digitale - a velocità elevatissime, su scale temporali di nanosecondi - un nanosecondo è un miliardesimo di secondo.
• È estremamente resistente. Dopo 100 miliardi di commutazioni funzionava ancora senza segni di degrado.
• Il materiale alla base del transistor ha uno spessore di appena miliardesimi di metro, uno dei più sottili al mondo nel suo genere. Ciò potrebbe consentire densità di archiviazione molto più alte e portare a transistor molto più efficienti dal punto di vista energetico, perché la tensione richiesta per la commutazione varia con lo spessore del materiale. (Ultrasottile equivale a tensioni bassissime).

Il lavoro è riportato in un recente numero di Science. I fisici del MIT spiegano che in un materiale ferroelettrico, le cariche positive e negative si dirigono spontaneamente su lati diversi, o poli. Quando si applica un campo elettrico esterno, le cariche cambiano lato, invertendo la polarizzazione.

La commutazione della polarizzazione può essere usata per codificare informazioni digitali, che saranno non volatili o stabili nel tempo. Cioè rimangono così come sono, a meno che non venga applicato un campo elettrico. Affinché un materiale ferroelettrico possa avere un'ampia applicazione nell'elettronica, tutto questo deve avvenire a temperatura ambiente.

Il nuovo materiale ferroelettrico, di cui il MIT ha discusso su Science nel 2021, si basa su fogli atomicamente sottili di nitruro di boro impilati parallelamente l'uno all'altro, una configurazione che non esiste in natura. Nel nitruro di boro bulk, i singoli strati di nitruro di boro sono invece ruotati di 180 gradi.

Si è scoperto che quando si applica un campo elettrico a questa configurazione parallelamente impilata, uno strato del nuovo materiale di nitruro di boro scivola sull'altro, cambiando leggermente la posizione degli atomi di boro e azoto. "Il miracolo è che, facendo scorrere i due strati di pochi angstrom, si ottiene un'elettronica radicalmente diversa", ha spiegato il professore di fisica Raymond Ashoori. Il diametro di un atomo è di circa 1 angstrom.

Inoltre, "nulla si degrada nello scorrimento", ha aggiunto Ashoori. Ecco perché il nuovo transistor può essere commutato 100 miliardi di volte senza degradarsi, cosa che certo non avviene nel caso della comune memoria 3D NAND flash.

"Ogni volta che si scrive e si cancella una memoria flash, si verifica un certo degrado", commenta il professore. "Nel corso del tempo, si degrada, il che significa che si devono usare metodi molto sofisticati per distribuire le operazioni di lettura e scrittura sul chip". Il nuovo materiale potrebbe rendere obsoleti questi passaggi.

Rimangono molte cose da capire e alcune sfide da affrontare. Ad esempio, l'attuale metodo di produzione del materiale è complesso e non favorisce la produzione di massa. "Ci sono alcuni problemi. Ma se li risolviamo, questo materiale si inserisce per molti aspetti nella potenziale elettronica del futuro. È molto eccitante", conclude il professor Ashoori.