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Continuiamo nella gornata di oggi con la seconda parte del percorso in precedenza trattato riguardante la nanotecnologia per l'elettronica di consumo. Verranno presentate altre applicazioni del grafene nei vari campi dell'elettronica e verranno descritte le alternative attualmente possibili sia all'utilizzo del grafene stesso che del silicio.

La prima parte è disponibile qui.

6.2 Modulatore ottico

6.2.1 University of California, Berkley

Il team di Xiang Zhang del Nanoscale Science and Engineering Center della National Science Foundation della University of California di Berkley è riuscito a realizzare il più piccolo modulatore ottico del mondo, un particolare interruttore di luce. Questa capacità di commutazione è fondamentale per un modulatore di rete, che controlla la velocità alla quale vengono trasmessi i pacchetti dati.

I modulatori ottici vengono attualmente utilizzati nelle comunicazioni a lungo raggio e impiegano segnali elettrici per controllare le pulsazioni di una fonte luminosa per effettuare trasferimenti di informazioni tra network, sistemi o dispositivi differenti.

L’utilizzo del grafene ha permesso di raggiungere dimensioni notevolmente inferiori (25 micron quadri) rispetto a quelle permesse dalla tecnologia attuale, migliorando significativamente le possibilità della comunicazione ottica, anche a corto raggio ad esempio tra chip.

Il grafene, depositato su di una guida di luce in silicio, viene reso trasparente od opaco alla radiazione in base al campo elettrico applicato. È stata ottenuta la velocità di modulazione di 1 GHz, ma si prospettano velocità fino a 500 GHz per modulatore. Essi, oltre all’incremento di velocità di modulazione, consentono di trasmettere una maggiore quantità di dati in ciascun impulso.

L’utilizzo di grafene, oro, platino e silicio permette di non utilizzare elementi come gallio, indio e arsenico, utilizzati comunemente per i modulatori ottici.

6.3 Elettrodi

6.3.1 TFT– University of Seoul

Un gruppo di scienziati coreani e giapponesi guidato da Byung Hee Hong e Jong-Hyun ha avviato nella prima metà del 2010 una produzione di TFT[1] di grafene, utilizzando CVP[2] di PET[3] su un substrato flessibile di rame, che può essere riciclato. Il grafene viene quindi pressato contro un altro substrato di PET e lo strato di polimero viene rimosso con il calore, mantenendo intatta la pellicola di grafene. Il foglio finale è costituito da 4 strati impilati. Il trattamento con acido ne migliora la conducibilità elettrica.

I fogli così creati sono di forma rettangolare, con diagonale di 76 cm. La resistività elettrica è superiore a quella degli elettrodi trasparenti commerciali come quelli ITO[4] e il foglio riesce a far passare il 90% della luce.

L’elettrodo è stato incorporato in un touchscreen e il tutto si è dimostrato perfettamente funzionante, con prestazioni migliori rispetto agli elettrodi ITO e con resistenza allo stiramento più che doppia rispetto gli stessi elettrodi ITO.

Il grafene si dimostra una valida alternativa all’indio, materiale molto costoso, e ai nanotubi di carbonio, con tendenza a mostrare dead pixels. L’inizio della produzione di materiale consumer si prevede in non più di un paio d’anni.

6.4 MRAM

6.4.1 Effetto Kondo – University of Maryland

Il team di ricerca del professor Michael Fuhrer è riuscito a controllare le proprietà magnetiche del grafene, consentendo possibili settori di applicazione come l’archiviazione magnetica, le MRAM[5] e nanosensori di campi magnetici. Le vacanze[6] nel grafene, dotate di momento magnetico, possono interagire con gli elettroni provocando l’effetto Kondo, ossia una resistenza elettrica più elevata a basse temperature, effetto solitamente associato all’aggiunta di piccole quantità di atomi magnetici[7] in materiali non magnetici.

L’effetto Kondo avviene nel grafene già a 90 K, nonostante il carbonio abbia una densità elettronica molto più bassa di quella dei metalli. La temperatura Kondo può essere regolata dalla tensione su un gate elettrico, un effetto non riscontrato nei metalli.

Le vacanze quindi fanno del grafene un materiale ferromagnetico[8], grazie all’accoppiamento dei momenti magnetici delle vacanze per lo stesso effetto Kondo.

Questa ricerca determina il primo tentativo di rendere magnetico un foglio di grafene senza impiegare trattamenti superficiali, utilizzando quindi un metodo più semplice e meno costoso.