Rivoluzione nei chip: il primo computer CMOS interamente in materiali 2D, senza silicio

Nasce un nuovo computer, il cui obiettivo è rivoluzionare il settore. La differenza con i precedenti? Non contiene chip in silicio.

Per decenni, il silicio ha rappresentato la colonna portante dell’elettronica moderna, rendendo possibile la miniaturizzazione dei transistor, e alimentando dispositivi come smartphone, computer e auto elettriche. Ciò nonostante, i suoi limiti strutturali stanno emergendo con sempre maggior evidenza, soprattutto man mano che la tecnologia si avvicina ai limiti fisici del materiale. E secondo un recente studio condotto dalla Penn State, il “regno del silicio” potrebbe già esser prossimo al tramonto.

I ricercatori, per l’appunto, hanno raggiunto un traguardo significativo, creando un computer funzionante, utilizzando solo materiali bidimensionali (2D), spessi quanto un singolo atomo. E che a differenza del silicio, mantengono le loro proprietà elettroniche anche su scala atomica. Il risultato? Un prototipo di computer CMOS completamente privo di silicio, capace di semplici operazioni logiche.

La tecnologia CMOS (“Complementary Metal-Oxide-Semiconductor“), nello specifico è alla base dell’elettronica moderna. E per realizzarla, occorrono due tipi di transistor: di tipo n, e di tipo p. Il team della Penn State, ha utilizzato il disolfuro di molibdeno, per i transistor n; e il diselenuro di tungsteno, per quelli p, costruendo quindi, una vera alternativa 2D al classico CMOS in silicio.

I transistor a effetto di campo (FET), se realizzati in silicio, perdono efficienza, se ridotti a dimensioni nanometriche. I materiali 2D, invece, offrono prestazioni elevate anche a spessori minimi. E questo li rende ideali per l’elettronica del futuro, dove leggerezza, efficienza energetica e potenza, son tutti fondamentali.

Una produzione su larga scala

Il team, in realtà, ha impiegato la tecnica MOCVD (“Metal-Organic Chemical Vapor Deposition”), per sintetizzare grandi fogli di materiali 2D: realizzando, perciò, oltre mille transistor di ciascun tipo. E regolando con precisione, proprio le tensioni di soglia, son riusciti anche a costruire circuiti logici funzionanti, segnando un passo cruciale verso una reale applicabilità commerciale.

Il prototipo di computer 2D, funziona a basse tensioni, e con un consumo energetico minimo. Essendo in grado di eseguire operazioni logiche a frequenze fino a 25 kilohertz: consumando, insomma, molta meno energia dei chip in silicio. Rivelandosi un inizio promettente, per una tecnologia ancora in fase iniziale.

Prospettive e sviluppi futuri

Nonostante i limiti prestazionali attuali, i ricercatori hanno comunque sviluppato modelli computazionali mediante cui prevedere il potenziale futuro dei computer 2D. La strada è sì lunga, ma il confronto con l’evoluzione del silicio – il quale ha richiesto oltre 80 anni –, lascia intravedere un progresso più rapido, per questa nuova tecnologia.

Il progetto in questione, dunque, ha coinvolto numerosi ricercatori e istituzioni: fra cui la “2D Crystal Consortium” della Penn State, con il supporto della “National Science Foundation”, e di enti militari statunitensi. Anche se, i recenti tagli ai finanziamenti minacciano decisamente il futuro di queste ricerche. Il cui obiettivo principale è quello di migliorare la vita quotidiana, e la competitività globale.