Materiali ibridi e dispositivi intelligenti

I ricercatori della North Carolina State University e dell’Ufficio di ricerca dell’Esercito statunitense hanno sviluppato un modo di integrare materiali innovativi su chip di computer al fine di ottenere nuovi e più piccoli dispositivi.

L’evoluzione dell’uomo è caratterizzata dall’utilizzo di materiali intelligenti: il bronzo usato per ottenere le armi, il legno per la fabbricazione della carta, la sabbia per fare il vetro sono solo degli esempi di come l’uomo abbia sfruttato le caratteristiche di un materiale per migliorare la qualità della sua vita e la tecnologia di ultima generazione non può non ricercare e utilizzare materiali intelligenti.

All’inizio del 2016 The American Ceramic Society aveva pubblicato le ricerche dello stesso team di scienziati che avevano portato allo sviluppo di una nuova tecnica per ottenere il nitruro di boro in forma cubica a temperatura e pressione ambiente che apriva la strada a nuove e promettenti scoperte.

La scorsa settimana, lo stesso team, dopo altre ricerche è riuscito a mettere a punto un modo per integrare un nuovo materiale su un chip di computer che permette l’ottenimento di nuovi dispositivi.

I nuovi materiali sono tutti ossidi che finora non potevano essere integrati su chip di silicio e sono costituiti da materiali multiferroici che presentano sia ferroelettricità ovvero una polarizzazione in assenza di campo elettrico, sia ferromagnetismo ovvero la capacità di magnetizzarsi sotto l’azione di un campo magnetico esterno.

Essi sono isolanti topologici ovvero materiali che internamente di comportano come un isolante elettrico ma che sulla superficie manifestano stati conduttivi che normalmente non sono integrabili sui chip.

La tecnica consente l’integrazione di tali ossidi in due modi: con l’uso del nitruro di titanio o con l’ossido di zirconio stabilizzato con ittrio. Si sono ottenuti film sottili che possono servire da collegamento tra i chip al silicio e i nuovi materiali.

I materiali multiferroci sono costituiti da una combinazione di quattro film rispettivamente di nitruro di titanio TiN, ossido di magnesio MgO, ossido di stronzio SrO e manganite di lantanio e stronzio La1-xSrxMnO3 dove x descrive il livello di drogaggio, che si allineano con i piani cristallini dei nuovi materiali e i piani del substrato sottostante secondo una crescita epitassiale.

L’integrazione di questi nuovi materiali su chip di silicio consente di manipolare, captare e raccogliere dati ed inoltre di prevedere la risposta su un unico circuito integrato compatto. Ciò rende questi dispositivi più veloci, efficienti e “intelligenti”.

Un’altra possibile applicazione è la creazione di LED sul chip di silicio, per fare ‘le luci intelligenti” infatti finora i LED sono realizzati con substrati di zaffiro, che non sono direttamente compatibili con i dispositivi informatici.

Lo studio di nuovi materiali apre, ancora una volta, la porta ad applicazioni che fino a pochi decenni fa sembravano fantascientifiche.

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Author: Chimicamo

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