Konstantin Novoselov
1 – Konstantine Novoselov

Al World Economic Forum di Davos (Svizzera), il premio Nobel per la fisica Konstantine Novoselov ha parlato del grafene, uno strato di carbonio dello spessore di un atomo. È un materiale trasparente, conduttore, il più resistente conosciuto dagli scienziati. Per questo motivo molti di loro ritengono che sarà il materiale dell’elettronica del futuro. Vediamo cosa ne pensa Novoselov a riguardo grazie a un’intervista di Scientific American.

 

L’intervista a Novoselov

Cosa significherà il grafene per il futuro del computing?

È certo che il silicio verrà usato per i dispositivi transistor-semiconduttori che sono i mattoni per i computer moderni – almeno per i prossimi 5-10 anni. Ma le persone già stanno pensando a possibili materiali e tecnologie alternative per sostituire il silicio quando non riuscirà più a fornire transistor sempre più piccoli. Un transistor di grafene è una delle alternative.

Sto anche cercando materiali in 2D dallo spessore di un atomo che sono stati ottenuti subito dopo il grafene e nelle eterostrutture basate su quei cristalli 2D. Potenzialmente possono offrire un’alternativa alle tecnologie di silicio, ma qui stiamo parlando di un’architettura completamente nuova piuttosto che della semplice introduzione di un nuovo materiale nel sistema. È difficile prevedere come si svilupperà, perché quando si introduce un nuovo materiale in un processo, è già un bel passo complicato, e se si desidera cambiare l’intera architettura, ci vogliono anni di ricerca. Ecco perché la ricerca deve iniziare ora se vogliamo ottenere qualcosa di simile in 10 anni.

Come pensi potranno sembrare i computer del futuro?

I computer sono molto più di una semplice visualizzazione, un’interfaccia e un software: sono principalmente potenza di calcolo e microprocessori, anche conosciuti come l’unità centrale di elaborazione [CPU], o il “cervello” di un computer. In futuro, probabilmente espanderemo i calcoli in parallelo, utilizzando microprocessori con un maggior numero di core, quando più CPU lavoreranno insieme sullo stesso chip, permettendo al computer di eseguire molte più attività con una maggiore prestazione complessiva del sistema. Allo stesso tempo, i computer più specializzati inizieranno ad apparire perché il costo non sarà più così proibitivo.

Pensi che in futuro continueremo a pensare i termini di entità separate chiamate computer?

I microprocessori esisteranno ancora. Non vi sbarazzerete di loro. Come i calcoli paralleli potranno essere e quanti computer potranno essere collegati a una rete di grandi dimensioni, in un cloud, è una questione diversa. E con i progressi nelle telecomunicazioni, con la velocità sempre più alta, è molto più facile collegare più computer in una rete di grandi dimensioni. Questo è sicuramente quello che vedremo sempre di più. Stiamo vedendo che già ora, quando un sacco di nostri dati sono memorizzati non sul nostro desktop, ma nei calcoli cloud – e il cloud sarà sempre più popolare. Ma la base comprenderà ancora i microprocessori e l’elettronica e l’architettura attuale.

Modello 3D della struttura del grafene
2 – Modello della struttura del grafene

Per cos’altro può essere usato il grafene?

È un materiale molto forte e anche molto conduttivo, così le persone lo usano per applicazioni di materiale composito come rinforzo meccanico o per migliorare la conducibilità. Un’applicazione molto interessante è nel campo delle biotecnologie. delle scienze della vita e della medicina, dove è possibile utilizzare il grafene come un sensore, in quanto molte proprietà sono interconnesse; cambia l’ambiente chimico e si ottiene immediatamente un segnale elettronico. Una cosa che mi interessa è l’uso del grafene come membrana 2D. Con il grafene abbiamo messo le mani sul tessuto più sottile e allo stesso tempo impermeabile a qualsiasi molecola. In linea di principio, si può progettarlo per renderlo permeabile con alcune molecole e usarlo come una membrana biologica.

Quanto tempo ci vorrà prima che il grafene ce la faccia davvero nell’uso commerciale e industriale?

Ci sarà una progressiva introduzione nella nostra vita giorno per giorno. Un buon esempio è costituito dalle fibre di carbonio. Solo pochi anni fa, abbiamo iniziato a vedere gli aerei in cui vengono utilizzate fibre di carbonio. Ma 20 anni fa le fibre di carbonio sono state in gran parte utilizzate per rinforzi meccanici in auto sportive e alcune attrezzature sportive. Quindi non è mai un brusco cambiamento, ma graduale, prima nei mercati di nicchia per poi andare nelle applicazioni di più grandi dimensioni. E questo è esattamente quello che abbiamo già visto con le applicazioni del grafene – alcune applicazioni di tocco di potenza, applicazioni di conduttività termica, rinforzo meccanico, vernici conduttive e così via, e la gamma di questi prodotti aumenta di anno in anno. Quando lo faremo, impareremo di più sul materiale e sulla produzione, in modo che il costo di produzione diminuisca e la qualità migliori. E fra poco sarà un bel materiale onnipresente.

Può il grafene portarci a tecnologie completamente nuove, qualcosa che ora possiamo solo sognare?

Uno dei settori in cui lavoro è quello dei “materiali su richiesta.” Abbiamo una biblioteca di diversi cristalli-materiali 2D che hanno lo spessore di un solo atomo. Tutti hanno proprietà molto diverse: alcuni sono metallici, alcuni sono isolanti, alcuni sono semiconduttori, alcuni trasparenti, alcune opachi e così via. Questa libreria può aiutare a progettare nuovi materiali 3D, solo mettendo strati su strati di fogli 2D – non come Madre Natura ha previsto, ma combinando materiali diversi in una pila diversa, e in questo modo codificando le funzionalità, nella costruzione di questa pila. Io lo chiamo “materiali su richiesta”, perché, a seconda dell’applicazione in uso e che cosa si vuole raggiungere, è possibile progettare questa pila in base alle vostre esigenze. Non abbiamo mai avuto questa opportunità prima – siamo di solito bloccati con un solo materiale, ma qui possiamo progettare nuovi materiali multifunzionali da zero.

Come potrà questa e altre recenti scoperte nella scienza dei materiali trasformare l’industria?

Porteremo funzionalità dal livello strutturale al livello materiale. Quindi, piuttosto che dire che prendiamo il silicio e che lo ristrutturiamo in transistor per eseguire certe funzioni, ora diciamo: “Dicci quali funzioni dovrebbero esserci e ci sarà la progettazione di un materiale che avrà queste funzioni.” È un paradigma completamente nuovo. E generalmente la speranza è che sarà un materiale multifunzionale – così con pochi strati di atomi saremo in grado di codificare il circuito logico, l’unità di alimentazione e così via. Si avrebbe un materiale multifunzionale flessibile, trasparente o semitrasparente che ha funzioni codificate nella sua struttura.

 

Nuove possibilità

Le caratteristiche di questo materiali sono molto particolari:

  • Spessore sottilissimo
  • Trasparenza
  • Conduttività
  • Resistenza

Le future applicazioni sono diverse e interessanti:

  • Elettronica
  • Rinforzo meccanico potenziato
  • Membrane biologiche e non
  • Materiali multifunzione

Konstantine Novoselov ha quindi risposto alla domanda nel titolo di questo post. Si, il grafene sarà il materiale dell’elettronica del futuro. I miglioramenti di questo materiale, come accennato dallo stesso Novoselov, avvengono ogni giorno. Il suo potenziamento sarà graduale.

La multifunzionalità e la flessibilità del grafene cambieranno l’industria. La progettazione “su richiesta” rappresenterà un nuovo modello di mercato che rivoluzionerà l’elettronica. Cosa ne pensi di queste previsioni? Sarà come dice Novoselov o ci vorrà ancora molto tempo per lo sviluppo del grafene a questi livelli?

Foto copertina: Flickr
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