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Mercoledì, Agosto 12, 2020
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La nuova generazione di transistor scoperta al MIT

L'enorme capacità osservata nel nuovo semiconduttore sembra essere frutto di un nuovo fenomeno quantistico o di una caratteristica sconosciuta del materiale

Negli anni ottanta e novanta la competizione nell'industria dei computer era tutta nella velocità di clock dei microprocessori, passati dal dominio dei megahertz a quello dei gigahertz. La corsa, come ben noto, è ferma da 10 anni: i chip che funzionano velocemente si scaldano anche molto in fretta e con l'attuale tecnologia non è possibile incrementare la velocità di clock senza causare un surriscaldamento.

Sull'ultimo numero della rivista Science, i ricercatori del MIT e i loro colleghi dell'Università di Augsburg, in Germania, riferiscono la scoperta di un nuove fenomeno fisico che potrebbe portare alla produzione di transistor con una capacità – la misura della tensione elettrica richiesta per muovere le cariche - enormemente aumentata. Questo progresso, a sua volta, potrebbe portare a una ripresa della corsa alla velocità di clock come misura della potenza dei computer.

Negli attuali chip dei computer, i transistor sono costruiti con semiconduttori come il silicio. In ogni transistor è presente un elettrodo chiamato porta: l'applicazione di una tensione elettrica alla porta determina un accumulo di elettroni al di sotto di essa, che costituiscono un canale attraverso il quale può scorrere la corrente elettrica, trasformando il semiconduttore in un conduttore

La capacità è una misura della quantità di carica che è possibile accumulare al di sotto della porta per una data tensione. Inoltre, la potenza consumata dal chip, e quindi il calore che esso produce, è all'incirca proporzionale al quadrato della tensione operativa della porta. Perciò abbassando la tensione si potrebbe ridurre drasticamente il calore, creando nuove possibilità per aumentare la velocità di clock.

Raymond Ashoori, professore di fisica del MIT, e colleghi hanno studiato l'insolito sistema fisico costituito da alluminato di lantanio, fatto crescere su titanato di stronzio (l'alluminato di lantanio è costituito da strati alternati di ossido di lantanio, con debole carica positiva, e di ossido di alluminio, con debole carica negativa, un materiale in cui si crea un potenziale elettrico tra la parte superiore e quella inferiore).

Di solito, sia l'alluminato di lantanio sia il titanato di stronzio sono eccellenti isolanti, ma si è ipotizzato che se l'alluminato di lantanio diventa sufficientemente spesso, il suo potenziale elettrico dovrebbe incrementare al punto che alcuni elettroni dovrebbero muoversi dallo strato superiore del materiale a quello inferiore per prevenire la cosiddetta “catastrofe di polarizzazione”.

Il risultato è un canale di conduzione in corrispondenza della giunzione con il titanato di stronzio simile a quello che si forma quando un transistor è acceso. Così i ricercatori hanno deciso di misurare la capacità tra il canale e un elettrodo porta nella parte superiore dell'alluminato di lantanio, scoprendo con sorpresa che, sebbene i risultati fossero limitati dall'apparato sperimentale, un cambiamento infinitesimo nella tensione causava un massiccio trasferimento di carica nel canale tra i due materiali.

Addirittura, la capacità misurata del materiale è così alta che i ricercatori non credono si possa spiegare con le attuali conoscenze fisiche: potrebbe trattarsi di un nuovo effetto quantistico o di un qualche caratteristica del materiale finora mai osservata.


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