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- ELETTRONICA OGGI 439 - SETTEMBRE 2014
TECH INSIGHT
NEWMATERIALS
Altri materiali
Per quanto riguarda altri materiali in grado di sostituire il
silicio, nel 2011 MIT ha condotto degli studi sul sistema fi-
sico costituito da alluminato di lantanio fatto crescere su ti-
tanato di stronzio. Malgrado le limitazioni indotte dall’appa-
rato sperimentale, gli scienziati del MIT hanno potuto notare
che, su un componente realizzato con questi materiali, un
cambiamento estremamente piccolo nella tensione sul gate
causava un elevato trasferimento di carica nel canale tra i
due materiali.
Anche la molibdenite, usata come additivo nei lubrificanti
e come elemento di lega negli acciai, è stata presa in con-
siderazione come alternativa al silicio. Una ricerca del La-
boratory of Nanoscale Electronics and Structures (LANES),
ha evidenziato infatti che la Molibdenite MoS2 ha delle no-
tevoli potenzialità come semiconduttore. Caratterizzata da
una struttura bidimensionale che ne facilità l’impiego in na-
nostrutture, la Molibdenite permette di realizzare transistor
con bassissimi consumi in standby grazie al band gap di
1,8 eV. Un altro materiale molto interessante per sostituire il
silicio, soprattutto per i semiconduttori di potenza per quelli
ottici è il nitruro di gallio (GaN) e i primi transistor realizza-
ti con questo materiale risalgono ormai al 2007. Gli analisti
ritengono che entro il 2022 il mercato globale del nitruro di
gallio raggiungerà il valore di 1,75 miliardi di dollari visto
anche che le prestazioni sono migliori di quelle del silicio
in molte applicazioni. Per esempio l’Istituto Fraunhofer ha
realizzato una lampada caratterizzata da una luminosità di
2.900 lumen, contro i 1.000 lumen dei LED tradizionali.
I computer quantici
Queste tecnologie non sono le uniche che potrebbero pren-
dere il posto di quelle basate sul silicio. Tra quelle più inte-
ressanti, infatti ci sono quelle relative ai computer quantici
con la gestione diretta degli atomi. Un computer quantico,
o quantistico, basa il suo funzionamento su principi com-
pletamenti diversi dai tradizionali computer. Per elaborare
i dati, infatti, sfrutta i fenomeni caratteristici della meccani-
ca quantistica, come per esempio la sovrapposizione degli
effetti e l’entanglement. I dati, inoltre, non sono rappresen-
tati in bit, ma in qubit. Per quanto riguarda le possibilità di
funzionamento è stata dimostrata la possibilità di leggere
uno stato quantistico di spin in un singolo atomo con un
approccio ibrido, utilizzando cioè contemporaneamente sia
tecniche ottiche che elettriche. Lo stato quantistico di spin
di un singolo atomo infatti può essere letto anche tramite
un dispositivo a funzionamento misto. In generale, i compu-
ter quantici stanno traendo notevoli benefici dagli sviluppi
di nuovi materiali e delle nanotecnologie. Un primo esem-
pio di computer quantistico è il D-Wave, prodotto D-Wave
Systems, che utilizza in processore a 512 qubit realizzato
tramite superconduttori e mantenuti in condizioni di tempe-
ratura bassissime. I primi computer quantistici commerciali
sono stati acquistati da Amazon, Google e Nasa.
Q
Fig. 3 – Il nitruro di gallio (GaN) si è dimostrato un ottimo materiale per
la realizzazione di LED (Fonte Soraa)
I
MATERIALI PER LE CELLE FOTOVOLTAICHE
Oltre che per i componenti elettronici, il silicio è attualmente il
principale materiale utilizzato per la realizzazione di celle foto-
voltaiche. Sono ben noti e commercialmente disponibili però
anche pannelli solari realizzati con altri materiali, anche orga-
nici, che però, per quanto più economici, hanno ancora delle
performance inferiori a quelle dei pannelli in silicio, per esempio
dal punto di vista dell’efficienza di conversione della radiazione
solare in elettricità. Una differenza importante però è chementre
nei prossimi anni ci si aspettano pochi progressi in termini di ef-
ficienza per le celle in silicio, i margini per le celle che usano altre
tecnologie sono ancora ampi.
Già dal 2009 sono apparsi studi su materiali alternativi al silicio
per la realizzazione di pannelli fotovoltaici e, per esempio, quello
del Lawrence Berkeley National Laboratory evidenziava ben 23
materiali promettenti per questo tipo di applicazioni di cui 12
reperibili con facilità e 9 in grado di ridurre i costi legati alle ma-
terie prime. Tra i materiali più interessanti c’è la pirite di ferro, il
solfuro di rame e l’ossido di rame.
