Nanotecnologie,
realtà o fantascienza?
Da
pochi anni è nata una nuova disciplina che ancora fa
discutere molto scienziati e ricercatori essendo a cavallo tra
la scienza e la fantascienza. In realtà spesso è
la comunicazione sensazionalistica che ne viene fatta intorno
ad alimentare questa fama.
In breve le Nanotecnolgie si pongono l'obbiettivo
di creare dispositivi molecolari per i più vasti impieghi.
Teoricamente parlando è infatti possibile realizzare
sistemi meccanici costituiti da molecole che sfruttando le forze
di attrazione molecolare realizzano strutture meccaniche mobili.
Qui in figura possiamo osservare una simulazione che
la NASA ha fatto per la realizzazione di due ingranaggi "meccanici"
usando molecole.
Ovviamente,
almeno allo stato attuale, realizzare anche i meccanismi più
semplici risulta difficilissimo (e costosissimo) quindi siamo
ben lontani dalle previsioni dei ricercatori che parlano di
micro-robot da usare in ambio medico, di agenti attivi capaci
di costruire o macchine che si auto-riparano.
Tuttavia esiste una classe di "oggetti" costruibili
con le Nanotecnologie che ha da subito ispirato impieghi molto
pratici nell'ambito dei circuiti integrati: stiamo parlando
dei Nanotubi.
Cosa sono i Nanotubi ?
Nel
1991 Sumio Iijima, ricercatore NEC, scoprì al microscopio
elettronico dei filamenti nanoscopici presenti nella fuliggine,
furono chiamati "Nanotubi". Quello che allora sembrava
un curioso fenomeno della natura è visto oggi dagli scienziati
come una delle possibili vie per superare i limiti fisici delle
attuali tecniche di integrazione. Già adesso si costruiscono
transistor con dimensioni critiche inferiori ai 200 nanometri
(400 atomi circa) e nei prossimi 10 anni i progettisti si troveranno
a toccare i limiti fisici fondamentali della materia. Come superare
un tale scoglio? La speranza è appunto quella di poter
utilizzare i Nanotubi.
I Nanotubi sono sottilissimi filamenti di carbonio con un diametro
tipico di circa 1 nanometro (0,001 micron). Possono essere sia
a strato singolo (un tubo costituito dalla sola parete esterna)
o a strati multipli concentrici (più tubi uno dentro
l'altro).
FIGURA
1. Nanotubo confrontato con la litografia standard.
FIGURA
2. Struttura molecolare di un Nanotubo,
ai vertici degli esagoni sono posizionati gli atomi di Carbonio.
Gli
atomi di carbonio che formano la parete del tubo hanno l'uno
con l'altro legami chimici ordinati di tipo planare, del tutto
simili alla grafite, il Nanotubo è infatti un piano di
grafite avvolto a formare un tubo cilindico. La struttura cjhe
ne risulta è tale da esibire proprietà chimico
fisiche eccezionali: elevatissima resistenza alla torsione
alla compressione e alla flessione, eccellente
elasticità, elevato grado di purezza. Alle
dimensioni di un Nanotubo regna sovrana la meccanica quantistica
e particolari combinazioni di attorcigliamento e diamento del
tubo possono trasformare il Nanotubo da Metallico in Semiconduttore
e viceversa. I Nanotubi multistrato sono ancora più versatili
e permettono di creare materiali con i livelli di energia desiderati.
FIGURA
2. Transistor FET realizzato con canale a Nanotubo.
Tutte
rose e fiori ?
Molti
istituti di ricerca sono riusciti con successo a creare transistor
FET utilizzando un Nanotubo per creare il canale tra Source
e Drain. Analogamente al FET tradizionale, viene ancora utilizzato
un Gate capace di controllare la strozzatura del canale, ma
essendo il canale adesso così piccolo, la velocità
di communtazione risulta altissima (si parla di svariati TeraHertz).
Inoltre i possibili impieghi dei nanotubi sono moltissimi: come
conduttori, come memorie meccaniche, come tubi di calore per
raffreddare zone critiche, come base per creare diodi con caratteristiche
simili ai laser.
Attualmente è molto difficile creare e soprattutto
posizionare un Nanotubo, del resto anche quando Bardeen, Shockley
e Brittain nel 1947 inventarono il transistor nessuno si sarebbe
immaginato che dopo 40 anni si sarebbero potuti stipare 100
milioni di transistor miniaturizzati nello stesso spazio del
primo prototipo di quegli anni.
Per concludere riassumiamo le caratteristiche del Nanotubo:
-
Dimensioni: da 0,6 a 1,8 nanometri
- Resistenza alla trazione: 45 miliardi di pascal (le migliori
leghe arrivano a 2 Miliardi)
- Capacità di trasporto della corrente: 1 Miliardo di
ampere per centimetro quadrato (contro 1 Milione del rame)
- Trasmissione del calore: 6000Watt per metro per kelvin (il
diamante trasmette 3320W.m.k)
Per ultime, come di consueto,
abbiamo lasciato le considerazioni sul prezzo "stimato"
di questa tecnologia. Oggigiorno per avere un grammo di Nanotubi
dovrete sborsare circa 1500 dollari...non proprio economici
ma considerando che potrebbero rappresentare il futuro dell'elettronica
potete dire che sono cari, ma non potete proprio dire che..."non
servono a un tubo". ;-)
Alla
prossima puntata,
Stay on charge, Lithium.it !
ALTRE
LETTURE CONSIGLIATE:
CRAY
e i suoi Super Computer
Credete
che il vostro Pentium4 a 2GHz nuovo di zecca sia un super-computer
? Bè quando avrete letto questo, non lo guarderete
più con gli stessi occhi...
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cura di F.Sonnati (06/09/01)
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