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Il più piccolo emettitore di luce allo stato solido

I ricercatori dell’IBM hanno annunziato all’inizio di questo mese con un articolo pubblicato sulla rivista Science di essere riusciti ad assemblare il più piccolo emettitore di luce allo stato solido

I ricercatori dell’IBM hanno annunziato all’inizio di questo mese con un articolo pubblicato sulla rivista Science di essere riusciti ad assemblare il più piccolo emettitore di luce allo stato solido. Grazie alle ricerche effettuate dal gruppo guidato da J.A. Misewich è stato possibile realizzare il primo emettitore a singola molecola, controllato elettronicamente. Un risultato che ben testimonia il grado di conoscenza ormai raggiunto nella progettazione e nella realizzazione di dispositivi su scala molecolare.
Anche questo nuovo dispositivo si basa sulle straordinarie proprietà che dimostrano i nanotubi di carbonio (CNT) quando sono applicati nel campo dell’ottica e dell’elettronica.
Scoperti nel 1991, analizzando al microscopio elettronico i componenti della fuliggine prodotta nei processi di preparazione del fullerene, una molecola costituita da 60 atomi di carbonio identificata per la prima volta nel 1985, sono cilindri cavi di carbonio, di diametro, lunghezza e caratteristiche fisiche assai variabili. I CNT possono essere rappresentati come dei fogli di grafite avvolti su se stessi, a formare tubi con diametro compreso tra 0.02 e 0.001 micron, chiusi alle estremità da semisfere di fullerene. Grazie ai legami chimici che gli atomi di carbonio formano nella grafite, al di sopra e al di sotto dello strato, sono disponibili elettroni capaci di muoversi liberamente. Dunque i nanotubi possono comportarsi come metalli praticamente ideali, in grado di sostenere densità di correnti impossibili per gli altri conduttori. Ma c’è dell’altro, variandone la chiralità, ovvero la torsione del loro asse, è possibile renderli simili a semiconduttori con proprietà elettriche fissate dal loro diametro. I CNT possono sopportare nel vuoto, temperature pari a 2800 °C e in aria di 700 °C, assicurando una eccezionale capacità di trasporto del calore, un fattore due volte più grande rispetto a quella del diamante e 15 del rame.Se questo non bastasse, la loro resistenza alla frattura e alla trazione risulta decine di volte superiore a quella dell’acciaio.
Grazie a queste proprietà uniche si guarda ai CNT come candidati ideali per diverse applicazioni che vanno dalle interconnessioni nei circuiti di microelettronica, alla fabbricazione di transistor e diodi su scala nanometrica (un milionesimo di millimetro) e di componenti utilizzati nei “flat panel displays”
Nel caso degli emettitori di luce a nanotubi di carbonio realizzati all’IBM si tratta di dispositivi in grado di emettere radiazione con una lunghezza d’onda di 1,5 micron, la stessa che viene largamente utilizzata nelle comunicazioni su fibra ottica. Per il prototipo appena realizzato sono stati impiegati nanotubi con un diametro di 1.4 nanometri, una dimensione che equivale a poco più di un miliardesimo di metro, 200.000 volte inferiore rispetto a quella di un nostro capello. Il nuovo dispositivo, funziona in maniera del tutto simile ad un normale transistor. Applicando una tensione al gate, il terminale d’ingresso del transistor, si permette il flusso di corrente tra le due estremità opposte del nanotubo, quelli che gli ingegneri elettronici chiamano terminali di source e drain. Il dispositivo permette il passaggio simultaneo di cariche negative, iniettate dall’elettrodo di sorgente, e di cariche positive, provenienti questa volta dal terminale di drain. Quando le cariche di segno opposto si incontrano al centro del nanotubo si neutralizzano a vicenda, liberando della luce sotto forma di un singolo fotone. Come un normale transistor, gli emettitori di luce a nanotubi di carbonio possono essere accesi o spenti, semplicemente variando la tensione di gate.

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