I ricercatori di Stanford costruiscono circuiti complessi fatti di nanotubi di carbonio

I ricercatori della Stanford University hanno costruito uno dei circuiti più complessi di nanotubi di carbonio finora. Hanno mostrato un semplice robot che stringe la mano con un circuito di interfaccia sensore la scorsa settimana al Conferenza internazionale sui circuiti a stato solido a San Francisco.

Complessità del carbonio: Questo wafer è modellato con un complesso circuito di nanotubi di carbonio che funge da interfaccia del sensore.

Mentre i transistor al silicio all'interno dei computer di oggi raggiungono i loro limiti fisici, l'industria dei semiconduttori sta cercando alternative e una delle più promettenti sono i nanotubi di carbonio. I minuscoli transistor realizzati con questi nanomateriali sono più veloci e più efficienti dal punto di vista energetico rispetto a quelli al silicio e i modelli informatici prevedono che i processori a nanotubi di carbonio potrebbero essere un ordine di grandezza meno affamati di energia. Ma si è rivelato difficile trasformare singoli transistor in circuiti di lavoro complessi (vedi How to Build a Nano-Computer ).

Il circuito dimostrativo di nanotubi di carbonio converte un segnale analogico da un condensatore, lo stesso tipo di sensore che si trova in molti touch screen, in un segnale digitale comprensibile da un microprocessore. I ricercatori di Stanford hanno truccato una mano di manichino di legno con l'interruttore capacitivo nel palmo. Quando qualcuno ha afferrato la mano, accendendo l'interruttore, il circuito di nanotubi ha inviato il suo segnale al computer, che ha attivato un motore sulla mano del robot, spostandolo su e giù per stringere la mano della persona.

Altri ricercatori hanno già dimostrato semplici circuiti di nanotubi, ma questo è il più complesso realizzato finora e dimostra anche che i transistor di nanotubi possono essere realizzati con rendimenti elevati, afferma Subhasish Mitra , professore associato di ingegneria elettrica e informatica, che ha guidato il lavoro con Philip Wong , professore di ingegneria elettrica a Stanford.

Il circuito dei nanotubi è ancora relativamente lento: i suoi transistor sono grandi e distanti tra loro rispetto ai più recenti circuiti al silicio. Ma il lavoro è un'importante dimostrazione sperimentale del potenziale della tecnologia di calcolo dei nanotubi di carbonio.

Ciò dimostra che i transistor a nanotubi di carbonio possono essere integrati in circuiti logici che funzionano a bassa tensione, afferma Aaron Franklin , che sta sviluppando l'elettronica dei nanotubi presso l'IBM Watson Research Center. Questa impresa è stata dimostrata dal gruppo di Franklin a livello di singolo transistor ed è stata dimostrata teoricamente possibile da altri, ma vederla in un circuito complesso è importante, afferma Franklin.

Lavorare con i nanotubi di carbonio presenta molte sfide: fino al 30 percento di essi sono metallici, piuttosto che semiconduttori, con il potenziale di bruciare un circuito. I nanotubi tendono anche a crescere in un groviglio simile a spaghetti, il che può causare la commutazione imprevedibile dei circuiti. L'approccio adottato dal gruppo di Stanford è quello di lavorare con le loro imperfezioni, inventando tecniche di progettazione di circuiti tolleranti agli errori che consentano loro di costruire circuiti che funzionino anche quando i materiali di partenza sono imperfetti. Vogliamo aumentare la complessità del circuito, quindi tornare a migliorare i metodi di costruzione, quindi realizzare circuiti più complessi, afferma Wong.

Questo non è diverso dai primi giorni in silicio, dice Ashraf Alam , professore di ingegneria elettrica e informatica alla Purdue University. Rispetto all'elettronica degli odierni smartphone e supercomputer basati su silicio, i primi transistor in silicio erano di scarsa qualità, così come i primi circuiti integrati. Ma il silicio ha superato i suoi problemi di crescita e l'industria dei semiconduttori ha perfezionato la costruzione di array sempre più densi di circuiti integrati costituiti da transistor sempre più piccoli.

La variazione e l'imperfezione saranno l'aria che respiriamo nella tecnologia dei semiconduttori, afferma Wong, non solo per coloro che lavorano con nuovi materiali, ma anche per la tecnologia convenzionale del silicio. I chip all'avanguardia di oggi utilizzano transistor a 22 nanometri (miliardi su ciascun chip) e le loro prestazioni variano molto poco; l'industria dei semiconduttori è riuscita a realizzare questi minuscoli dispositivi su scale enormi e con rendimenti molto elevati.

La spinta a miniaturizzare continuamente i transistor mantenendo uno scrupoloso controllo di qualità ha consentito tecnologie che vanno dagli smartphone ai supercomputer. Ma gli inevitabili difetti, a livello dei singoli atomi, porteranno presto a variazioni nelle prestazioni di cui si dovrà tener conto nella progettazione dei circuiti. Il design tollerante agli errori deve essere parte della strada da percorrere, perché non otterremo mai i materiali completamente perfetti, afferma Wong.

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