Realizzato il primo transistor in materiali
superconduttori
Ricercatori dell'Istituto nanoscienze del Cnr hanno osservato un effetto che
smentisce alcuni assunti della teoria della superconduttività e apre all'era dei
transistor a supercorrente. Lo studio è pubblicato sulle riviste Nature
Nanotechnolgy, NanoLetters e Nature Electronics
Transistor_supercorrente, fonte Cnr - cuore del transistor a supercorrente, in blu il filo in titanio, largo appena 200 nanometri, in turchese i gates (immagine al microscopio elettronico a scansione)
Fisici dell’Istituto nanoscienze del Consiglio nazionale delle ricerche
(Cnr-Nano) di Pisa con il contributo dell’Istituto superconduttori, materiali
innovativi e dispositivi di Genova (Cnr-Spin) hanno dimostrato che, al contrario
di quanto creduto finora, è possibile realizzare transistor basati interamente
su materiali superconduttori, anziché su semiconduttori come il silicio. Il
risultato, oltre a fornire un’innovativa prospettiva tecnologica, smentisce
alcuni assunti della teoria della superconduttività. Lo studio è pubblicato
sulle riviste Nature Nanotechnolgy e NanoLetters, mentre Nature Electronics gli
ha dedicato l'articolo 'Transistors go metal' nella sezione 'in evidenza'.
SchemaTransistor: fonte American Chemical Society, rappresentazione grafica del
cuore del transistor con campo elettrico e cariche in movimento
I ricercatori hanno osservato che è possibile usare un campo elettrico per
controllare, abilitando o inibendo, il passaggio di supercorrente in un filo
superconduttivo. Questo effetto potrebbe essere sfruttato in dispositivi di
nuova concezione come transistor a effetto campo superconduttivi, e nelle
tecnologie quantistiche. “Abbiamo osservato un fenomeno nuovo nei
superconduttori”, afferma Francesco Giazotto di Cnr-Nano e Scuola Normale
Superiore, che ha guidato la ricerca, “sicuramente rilevante dal punto di vista
della fisica fondamentale. Gli esperimenti sembrano infatti contraddire
l’assunto per il quale i campi elettrostatici non dovrebbero influenzare un
metallo superconduttore”.
I superconduttori sono materiali capaci di condurre corrente senza dissipare
energia, poiché quando vengono raffreddati al di sotto di una temperatura
critica la loro resistenza elettrica diventa nulla. “Secondo la teoria, un campo
elettrostatico non ha alcun effetto su un metallo superconduttore, ma ora questa
idea è stata smentita dalla scoperta che un campo elettrico intenso può
influenzare drasticamente un superconduttore ed essere usato per controllare la
supercorrente che lo attraversa fino a 'spegnere' completamente la
superconduttività, se sufficientemente intenso”, prosegue Giazotto.
Per giungere al risultato i ricercatori hanno applicato intensi campi elettrici
a transistor superconduttivi costituiti da un film sottile di superconduttore,
nello specifico titanio o alluminio, realizzati con tecniche litografiche
standard, mentre le delicate misure elettriche a temperature prossime alla zero
assoluto sono state effettuate grazie alla speciale strumentazione messa a punto
al Cnr-Nano di Pisa e disponibile in pochissimi laboratori nel mondo.
Elaborazione_Transistor_supercorrente : fonte American Chemical Society e Cnr -
transistor a supercorrente
“Dal punto di vista della fisica di base, questi risultati suggeriscono che ci
sono aspetti della superconduttività ancora da comprendere e invitano a
ripensare alcuni aspetti della teoria che non prevedevano il cosiddetto 'effetto
di campo' per i superconduttori. Intanto siamo già al lavoro per capire
l'origine microscopica dell’effetto che abbiamo osservato”, conclude il
ricercatore. “Per quanto riguarda le applicazioni, questo effetto potrebbe
rivoluzionare l’elettronica con dispositivi di nuova concezione, compresi
transistor superconduttori interamente metallici, ovvero circuiti con un
ridottissimo consumo energetico e riscaldamento, oltre che tecnicamente semplici
da realizzare e basati su materiali comuni come titanio e alluminio, economici e
scalabili per processi industriali. Potrebbe infine portare a nuove architetture
per le tecnologie quantistiche avanzate”.