Il grafene è il materiale più sottile mai creato dall’uomo, con uno spessore pari a un atomo, ovvero le stesse dimensioni che otterremmo se dividessimo la sezione di un capello in 10000 parti. Il grafene è composto da atomi di carbonio disposti su un reticolo bidimensionale a nido d’ape.
Reticolo cristallino del grafene. Da http://faraday.fc.up.pt/…/admin/copy_of_teste/image
Nonostante sia stato scoperto solo nel 2004, questo nuovo materiale ha da subito attratto l’attenzione di molti gruppi di ricerca accademici nel campo della nanoelettronica, proprio per le interessanti e peculiari proprietà fisiche che lo caratterizzano.
Ad esempio, gli elettroni riescono a viaggiare in questo materiale con velocità prossime a quelle della luce. Dal punto di vista ingegneristico, il grafene mostra effetti legati al trasporto di carica elettrica e proprietà fisiche, che fanno intravedere possibili applicazioni nei dispositivi elettronici di prossima generazione.
Il grafene si comporta infatti come un conduttore dalle eccezionali proprietà sia elettriche che termiche, e che lo rendono un potenziale candidato per sostituire il rame nei nostri computer.
L’interesse strategico nei confronti del grafene dal punto di vista industriale è sicuramente confermato dalle ricerche intraprese nel settore dalle maggiori industrie come INTEL e IBM, che rivolgono da sempre i loro sforzi al fine di trovare soluzioni tecnologiche che garantiscano il perpetuarsi della “Legge di Moore”, che afferma che il numero di componenti contenuti nei circuiti integrati (come i processori dei nostri portatili) deve raddoppiare ogni 18 mesi.
Fino ad oggi, la tecnologia in silicio ha dimostrato la propria superiorità rispetto a tutte le soluzioni che si sono presentate sulla scena mondiale. D’altra parte, questa tecnologia presenta dei limiti intrinseci legati principalmente alle enormi densità di potenza in gioco. Si pensi per esempio che all’aumentare della complessità dei processori, il flusso di calore sta ormai raggiungendo valori prossimi a quelli presenti nei reattori delle centrali nucleari! Risulta chiaro che soluzioni alternative sia in termini di architettura dei transistori, che in termini di materiali utilizzati devono essere prese in considerazione.
Esempio di dispositivo in grafene
Il grafene, perciò, per le sue proprietà termiche straordinarie potrebbe risolvere questi problemi. Inoltre, l’eccezionale mobilità delle cariche, accompagnata da opportune soluzioni architetturali, potrebbe permettere la realizzazione di transistori a bassissimo consumo per applicazioni portatili come telefoni cellulari o palmari, che potrebbero essere ricaricati una volta al mese, invece che ad intervalli di qualche giorno.
Nonostante i dubbi relativi a questo nuovo tipo di materiale siano ancora numerosi, le aspettative nei confronti del grafene sono grandi, come confermato dall’assegnazione del Nobel per la fisica a soli 6 anni dalla sua scoperta.