Prima era rame. Questo materiale consentiva la trasmissione delle informazioni da un punto all'altro. Poi è arrivato il germanio del transistor originale, creato presso i Bell Labs. Cominciò l'era dell'informatica ma, poiché il materiale era instabile, venne sostituito dal silicio, il semiconduttore con cui dal secolo scorso vengono realizzati i microprocessori.
Il regno del silicio sta per finire. Non preoccuparti, ha già un sostituto e si chiama grafene. Tra 15 o 20 anni, computer, telefoni cellulari, sensori e altre apparecchiature elettroniche saranno realizzati con questo nuovo materiale, una forma di carbonio puro.
Un gruppo di ricerca del Massachusetts Institute of Technology (MIT), guidato dallo spagnolo Tomás Palacios, sta producendo alcuni dei primi dispositivi e circuiti elettronici basati sul grafene, scoperto nel 2004 dagli scienziati Andre Geim e Kostya Novoselov dell'Università di Manchester. .
Con proprietà tra un semiconduttore e un metallo, questo nuovo materiale con lo spessore di un unico strato atomico rivoluzionerà le telecomunicazioni e l'informatica consentendo la produzione di microprocessori, sensori e sistemi di comunicazione molto più velocemente di quelli attualmente disponibili. "Uno dei paradigmi dell'elettronica è quello di aumentare la frequenza dei segnali elettrici, per produrre computer sempre più veloci o mobili in grado di trasmettere dati a velocità più elevate. "Se con chip di silicio potremmo raggiungere una velocità massima di 100 GHz, utilizzando transistor al grafene si raggiungerebbe il terahertz (1 THz). Cioè 10 volte di più", spiega il trentenne professore madrileno del MIT. Il prototipo del "transistor al grafene" è stato presentato in marzo all'incontro annuale dell'American Physical Society. Sarà pubblicato anche sul Lettere del dispositivo elettronico, la rivista di gadget elettronici più prestigiosa degli Stati Uniti, nella sua edizione di maggio. Se tutto andrà bene, le versioni commerciali di questi verranno rilasciate entro due anni chip avanzato sul mercato.
Il team di Palacios non solo ha prodotto transistor dieci volte più velocemente di quelli in silicio. Sfrutta inoltre le proprietà del grafene per sviluppare dispositivi elettronici che non potrebbero essere fabbricati con nessun altro materiale. Ad esempio, un moltiplicatore di frequenza che “migliorerà le comunicazioni wireless e l’attuale elettronica al silicio, raddoppiando la capacità di trasmissione di ciascuno patata fritta a cui viene aggiunto il moltiplicatore".
Palacios è un ingegnere delle telecomunicazioni. All'età di 19 anni, stava già ricercando semiconduttori composti, come il nitruro di gallio, presso l'Università Politecnica di Madrid (UPM). Un anno dopo aver terminato la laurea, si è trasferito in California per proseguire gli studi. Dopo aver completato il dottorato, ha ottenuto un posto di insegnante presso il dipartimento di ingegneria elettronica e informatica del MIT. Inoltre, ha iniziato a guidare un team di 12 persone nei laboratori di tecnologia dei microsistemi dello stesso centro tecnologico. Lì sono riusciti a produrre transistor al grafene in grado di trasmettere dati ad alta velocità. Stanno anche sviluppando un sensore basato su questo materiale che, semplicemente puntando un alimento, determinerà se è fresco.
Il grafene è carbonio allo stato puro. Molti ricercatori lo studiano teoricamente da più di 50 anni. Nessuno credeva che si potessero realizzare dispositivi con questo materiale finché, nel 2004, gli scienziati dell'Università di Manchester (Gran Bretagna) scoprirono come ottenere il grafene dalla grafite, il materiale della mina delle matite. "Se si attacca e si stacca più volte un pezzo di nastro impregnato di frammenti di grafite provenienti dalla miniera, si ottiene grafene: un singolo strato di atomi di carbonio", afferma Palacios.
Il procedimento era molto rudimentale, ma ha aperto la strada a molti scienziati per iniziare a lavorare con il materiale, le cui proprietà sono "sorprendenti e uniche. A livello meccanico, è il più resistente mai scoperto. In futuro, potrebbe consentire la fabbricazione di qualsiasi struttura, come automobili e aeroplani, più resistente e leggera.A livello elettronico ha la mobilità maggiore, cento volte quella del silicio, che consente di accelerare gli elettroni a velocità molto superiori a quelle possibili in qualsiasi altro semiconduttore ", dice Palacios.
Graphene Industries, creata dagli scopritori del grafene, è l'unica azienda che lo vende. Per adesso. Diversi gruppi universitari e aziende stanno cercando di sviluppare un modo alternativo per ottenerlo e che sia facile da produrre industrialmente, il suo principale ostacolo.
Jing Kong, collega di Palacios al MIT, crea interi wafer di grafene su una superficie di nichel. "Questo metodo è più utile dal punto di vista commerciale, tuttavia la mobilità del grafene è inferiore a quella ottenuta attaccando e staccando pezzi di nastro adesivo." Il ricercatore, convinto delle sue possibilità, afferma: "È un materiale incredibile. Non solo rivoluziona l'elettronica, l'informatica e le comunicazioni, ma sta cambiando il modo in cui si studia la fisica".
mini acceleratore di particelle
L'acceleratore di particelle del CERN ti suona familiare? Il complesso, che occupa chilometri quadrati vicino a Ginevra (Svizzera), serve a esplorare il mondo dell'infinitamente piccolo alla ricerca degli elementi fondamentali della materia. I fisici stanno cercando di utilizzare il grafene per creare una sorta di acceleratore in miniatura. "In un frammento di grafene di un solo centimetro quadrato è possibile realizzare molti degli esperimenti che finora richiedevano laboratori come il CERN."
Se diventasse realtà, gli scienziati potrebbero cercare il bosone di Higgs, un’ipotetica particella elementare non ancora osservata conosciuta come la particella di Dio, in un laboratorio che sta sulla punta di un dito.