Questo risultato a lungo sfuggente potrebbe essere vicino alla realtà, secondo i nanoscienziati dell'Università cinese di Tianjin e del Georgia Institute of Technology, i cui risultati sono stati pubblicati mercoledì sulla rivista Nature.
I media statali cinesi hanno salutato il risultato come un importante passo avanti per l’uso del grafene nella produzione di chip.
“Questa ricerca non solo ha preservato la notevole stabilità del grafene, ma ha anche introdotto nuove funzionalità elettroniche, aprendo la strada a chip basati su grafene”, ha affermato venerdì in un rapporto Science and Technology Daily, con sede a Pechino.
Lo studio è stato condotto dai professori Ma Li dell'Università di Tianjin e Walt de Heer della Georgia Tech. Entrambi si sono concentrati sull'elettronica del grafene e su altri materiali 2D da quando hanno fondato il Centro internazionale per le nanoparticelle e i nanosistemi di Tianjin presso l'Università di Tianjin nel 2018.
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Conosciuto come il primo materiale bidimensionale stabile a temperatura ambiente, la caratteristica struttura elettronica del grafene significa anche che non ha “gap di banda”, ovvero non c'è differenza di energia quando gli elettroni nel semiconduttore saltano tra le bande a bassa e alta energia. La mancanza di questo divario naturale ostacola le capacità del semiconduttore del grafene, rendendolo meno adatto ai dispositivi elettronici.
Superare questa sfida senza perdere le proprietà intrinseche del grafene è un passo importante verso il suo utilizzo pratico nell’elettronica, ha dichiarato Ma a China Business Network.
“Il motivo per cui la nostra ricerca è apprezzata è che potrebbe rendere l’elettronica del grafene davvero pratica in futuro e rimuovere l’ostacolo più grande”.
Il nuovo metodo crea uno strato speciale sul grafene che crea lo spazio necessario per gli elettroni e consente loro di muoversi molto rapidamente, molto più velocemente del silicio e di materiali simili.
Questo è un grande passo avanti per l'uso del grafene nei dispositivi elettronici, conferendogli le proprietà giuste per funzionare bene come semiconduttore.
Per raggiungere questo obiettivo, Ma e il suo team hanno utilizzato un metodo chiamato ricottura di quasi equilibrio, che prevede il riscaldamento e il raffreddamento accurato del materiale per modificarne la struttura.
Il processo inizia riscaldando il substrato di carburo di silicio in un forno e quindi mantenendolo a temperature diverse per periodi specificati. Ciò si traduce in superfici lisce e piatte, ideali per aggiungere uno strato noto come epigrafene.
Questo strato è fondamentale perché fornisce il gap elettronico necessario, rendendo il grafene adatto ai dispositivi elettronici.
Garantisce inoltre che il grafene sia durevole e facile da lavorare, il che fa ben sperare per la sua diffusa applicazione commerciale nei dispositivi elettronici.
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“Non solo apre nuove strade per dispositivi elettronici ad alte prestazioni oltre la tradizionale tecnologia basata sul silicio, ma inietta anche nuova energia nell'industria dei semiconduttori”, afferma un rapporto sul sito web dell'Università di Tianjin.
“L'emergere dei semiconduttori di grafene è tempestivo e annuncia una trasformazione radicale nel campo dell'elettronica. Questa innovazione soddisfa la crescente domanda di velocità di calcolo più elevate e dispositivi elettronici integrati miniaturizzati.
Per quanto riguarda l’applicazione pratica dei semiconduttori di grafene, Ma ha affermato che il materiale può essere competitivo in termini di costi rispetto ai materiali semiconduttori attualmente sul mercato, offrendo allo stesso tempo prestazioni superiori.
Tuttavia, il viaggio rischia di essere lungo. Ha stimato che potrebbero essere necessari altri 10-15 anni per raggiungere la piena implementazione industriale dei semiconduttori di grafene.
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