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Un passo verso la memoria superveloce al carbonio
Il grafene, un foglio piatto di atomi di carbonio disposti esagonali, può trasportare elettroni molto rapidamente. Ciò lo ha reso un materiale promettente per circuiti logici ad alta frequenza radio, elettrodi trasparenti per display flessibili a schermo piatto ed elettrodi ad alta superficie per ultracondensatori.
Uno e zero: Depositando un materiale ferroelettrico sopra il grafene, i ricercatori hanno convinto il grafene a mantenere due diversi livelli di conduttività elettrica, che potrebbero fungere da bit 1 e 0 nella memoria del computer.
Ora i ricercatori della National University of Singapore hanno realizzato dispositivi di memoria per computer utilizzando il grafene. Questo è il primo passo verso la memoria che potrebbe essere molto più densa e veloce della memoria magnetica utilizzata nei dischi rigidi di oggi. I ricercatori hanno realizzato centinaia di prototipi di dispositivi di memoria al grafene e funzionano in modo affidabile, secondo Barbaros Ozyilmaz , il professore di fisica che ha guidato il lavoro presentato a un recente incontro dell'American Physical Society a Pittsburgh. Il grafene cambierà l'industria elettronica, dice. Quello che mancava era un modo per usare il grafene come elemento di memoria. Finora non c'era quasi nessun interesse perché non era [pensato] fattibile.
La chiave per creare elementi di memoria è un materiale che può avere due stati diversi. Questo perché la memoria del computer è memorizzata come due bit: 1 e 0. Anche i dischi rigidi devono essere non volatili, il che significa che il materiale dovrebbe essere in grado di mantenere quegli stati senza richiedere alimentazione. I dischi rigidi di oggi sono fatti di leghe di cobalto magnetico e memorizzano i bit come uno dei due orientamenti magnetici di una piccola area sul disco.
Özyilmaz e i suoi colleghi hanno trovato un modo semplice per far sì che il grafene mantenga i suoi due diversi livelli di conduttività o resistenza. Il passaggio tra questi livelli richiede l'applicazione e la rimozione di un campo elettrico. I ricercatori depositano uno strato sottile di materiale ferroelettrico sopra il grafene. I ferroelettrici hanno un campo elettrico intrinseco e l'applicazione di una tensione cambia la direzione del campo. Il campo del ferroelettrico aiuta il grafene a sostenere la sua conduttività. E, spiega Özyilmaz, possiamo cambiare la polarizzazione del ferroelettrico, che a sua volta cambia la conduttività del grafene.
La nuova idea di memoria è entusiasmante perché è molto semplice, dice Andre Geim , professore di fisica all'Università di Manchester, Regno Unito, che per primo ha isolato i fogli di grafene dalla grafite. I ferroelettrici sono ben noti. È anche noto che un campo elettrico modifica la resistività del grafene di un fattore tipicamente 10. [Özyilmaz] combina questi due fatti molto noti.
La memoria al grafene avrebbe vantaggi significativi rispetto alla memoria magnetica di oggi. I bit potrebbero essere letti 30 volte più velocemente perché gli elettroni si muovono rapidamente attraverso il grafene. Inoltre, la memoria potrebbe essere più densa. Le aree di bit sui dischi rigidi sono attualmente larghe poche decine di nanometri. A densità di 1 terabit per pollice quadrato, avranno un diametro di circa 25 nanometri, troppo piccoli per mantenere la loro direzione di magnetizzazione. Con il grafene, i bit potrebbero ridursi a 10 nanometri o anche più piccoli. In effetti, i dispositivi di memoria funzionerebbero meglio con aree di grafene più piccole. I ricercatori della Stanford University hanno dimostrato che tagliare il grafene in nastri larghi pochi nanometri aumenta la differenza tra i suoi due stati di conduttività.
I nuovi dispositivi di memoria prototipo, tuttavia, sono rudimentali. I ricercatori di Singapore prendono fiocchi di grafene larghi 2 micrometri e li posizionano su silicio. Quindi depositano elettrodi d'oro e aggiungono uno strato superiore del ferroelettrico. Özyilmaz afferma che il tempo di lettura del dispositivo è cinque volte più veloce dell'attuale memoria magnetica. I ricercatori possono commutare il grafene tra le sue due conduttività 100.000 volte: i dispositivi di memoria pratici attraversano milioni di cicli.
Questo non è il primo tentativo di creare una memoria al grafene. In un agosto 2008 Lettere del dispositivo elettronico IEEE paper, ricercatori dell'azienda tedesca di nanotecnologie AMORE dispositivi descritti che potrebbero commutare tra due stati di conduttività utilizzando un campo elettrico. Potremmo pedalare da 20 a 30 volte, ma non decine di migliaia di volte, afferma il fisico Max Lemme, autore principale dell'articolo. Lemme ipotizza che i gruppi ossidrile e l'idrogeno attaccati alla superficie del grafene si stacchino quando viene applicata la corrente, modificando la conduttività del foglio. Il motivo per cui i fogli di grafene mantengono comunque la loro conduttività quando l'alimentazione è spenta non è ben compreso.
Geim, che è stato coinvolto nel lavoro AMO, afferma che quando non si conosce il meccanismo, è difficile giudicare se in linea di principio si possa rendere questo meccanismo affidabile per essere riproducibile su molti dispositivi in modo identico. Con l'approccio dei ricercatori di Singapore, tuttavia, conosciamo la fisica dietro di esso e i suoi limiti. Con i fondamenti ben noti alle spalle, sembra un'ottima idea.