Un gruppo di scienziati statunitensi ha raggiunto un risultato storico nella tecnologia elettronica: il primo computer completamente privo di silicio, costruito utilizzando esclusivamente materiali bidimensionali (2D). Questo progetto, sviluppato presso la Penn State University, ha dato vita a un circuito logico funzionante realizzato con transistor ultra-sottili a base di molibdenite e diseleniuro di tungsteno. La novità rappresenta un’importante alternativa all’ormai tradizionale silicio, aprendo la strada a dispositivi elettronici più sottili, efficienti e meno energivori.
Computer senza silicio: nasce il primo elaboratore con materiali 2D
Da decenni, il silicio è il materiale base per la realizzazione di smartphone, computer e altri dispositivi elettronici. Tuttavia, con l’aumentare della miniaturizzazione e della densità dei circuiti integrati, il silicio mostra limiti crescenti nelle prestazioni. A differenza sua, i materiali 2D mantengono le loro proprietà elettriche anche a spessori atomici, risultando ideali per una nuova generazione di transistor.
Il team di ricerca ha selezionato due materiali fondamentali: il disolfuro di molibdeno per i transistor di tipo n-type e il diseleniuro di tungsteno per quelli di tipo p-type. Questi componenti sono stati combinati in un circuito CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor), tecnologia che necessita della coesistenza di entrambi i tipi di transistor per funzionare correttamente. L’utilizzo di materiali 2D consente di superare gli ostacoli della miniaturizzazione, garantendo al contempo una maggiore efficienza energetica.
Tecniche di produzione e funzionamento del nuovo computer senza silicio
Stando alla ricerca pubblicata su Nature, il processo produttivo si è basato sulla tecnica MOCVD (Metal-Organic Chemical Vapor Deposition), che permette di far crescere in modo controllato film sottilissimi di materiali 2D su superfici estese. Attraverso questa metodologia, i ricercatori hanno costruito oltre mille transistor di ciascun tipo, regolando con precisione le tensioni di soglia per garantire il corretto funzionamento del circuito.
Il computer così ottenuto è in grado di eseguire operazioni logiche semplici a una frequenza massima di 25 kilohertz, mantenendo un consumo energetico molto contenuto. Sebbene le sue prestazioni siano ancora lontane da quelle dei chip commerciali al silicio, si tratta della prima dimostrazione al mondo di un intero sistema CMOS realizzato unicamente con materiali bidimensionali.
Prospettive e sfide future per l’elettronica 2D
Il dottorando Subir Ghosh, primo autore dello studio pubblicato su Nature, ha spiegato che il dispositivo lavora con un set limitato di istruzioni, ma costituisce un importante banco di prova per valutare il potenziale delle tecnologie 2D. È stato anche creato un modello computazionale in grado di considerare le variazioni tra dispositivi, utile per confrontarne le prestazioni con quelle dell’elettronica tradizionale.
Il professore Saptarshi Das, supervisore del progetto, ha sottolineato che l’adozione su larga scala richiederà tempo, ma i progressi mostrano che il percorso è ormai tecnologicamente praticabile. I materiali 2D sono oggetto di studio soltanto da poco più di un decennio, mentre il silicio ha avuto bisogno di decenni per giungere all’attuale maturità. Questo traguardo, dunque, rappresenta un’accelerazione decisiva.
Decisivo anche il ruolo del 2D Crystal Consortium Materials Innovation Platform (2DCC-MIP), infrastruttura dell’università della Pennsylvania che ha fornito supporto tecnico e strumentale essenziale per il successo dell’esperimento.
