Colmare il divario tra elettronica convenzionale e molecolare

23rd January 2018
Posted By : Enaie Azambuja
Colmare il divario tra elettronica convenzionale e molecolare

La domanda di dispositivi portatili, più funzionali e a basso consumo, ha guidato l’industria elettronica verso la progettazione di dispositivi di piccole dimensioni. Un progetto finanziato dall’UE ha posto le basi per la costruzione di un ponte evolutivo che passa dalla microelettronica convenzionale ai dispositivi di futura generazione costituiti da molecole di grandi dimensioni.

Negli ultimi decenni, la convenzionale microelettronica in silicio ha subito un’implacabile miniaturizzazione, portando a significativi miglioramenti in ambito di velocità e potenza di elaborazione. La miniaturizzazione, tuttavia, è vicina ai propri limiti e gli scienziati stanno esplorato altre strade promettenti.

Il raggiungimento di componenti elettronici composti da mattoni molecolari può aiutare a superare i problemi relativi alla miniaturizzazione dei convenzionali dispositivi in silicio. Nei dispositivi a base di molecole, delle singole molecole possono sostituire fili, resistenze e transistor.

La ricerca in questo campo emergente è tuttavia frammentata. Per risolvere questo problema, il progetto MEKIMI, finanziato dall’UE, ha contribuito a stabilire una nuova metodologia per la progettazione di dispositivi molecolari, nanocircuiti ed sperimenti su scala nanometrica, la quale potrebbe colmare il divario tra microelettronica ed elettronica molecolare nel prossimo futuro.

I ricercatori hanno concentrato i propri sforzi su un dispositivo di elettronica molecolare particolare detto filo cellulare molecolare a punti quantici (MQCAW, molecular quantum-dot cellular automata wire), utilizzabile come precursore per altri sistemi molecolari futuri.

Utilizzando simulazioni ab initio, è stata studiata la molecola di bis-ferrocene allo scopo di analizzare il relativo potenziale per una rapida trasmissione di elettroni, una proprietà critica per l’elettronica molecolare.

I risultati confermano la capacità della molecola di propagare informazioni in modo affidabile per il nanocalcolo, dimostrando un’elevata mobilità dei portatori successivamente all’ossidazione, oltre a un buon risultato per il segnale di clock.

Il team ha quindi analizzato con cura il comportamento del bis-ferrocene depositato su un substrato di oro puro. I risultati sono essenziali per derivare i vincoli sulla qualità della superficie durante la produzione di sottoelementi MQCAW.

I sottosistemi MQCAW sono stati simulati per comprendere le possibili strutture che potrebbero influenzare la capacità della molecola per scrittura e/o clock.

Un altro filone di ricerca si è focalizzato sullo sviluppo di un metodo per produrre gli elettrodi che ospitano la molecola e forzano un campo di ingresso e un clock esterno multi-fase. I ricercatori hanno concepito una tecnica completamente nuova per produrre nanofili superando l’attuale limite di risoluzione relativo ai metodi di fabbricazione allo stato dell’arte.

La struttura di prova costruita costituisce un elemento fondamentale per altre strutture MQCAW più complesse e per qualsiasi dispositivo basato sulle molecole che richiede elettrodi molto stretti.

La combinazione di diversi strumenti di simulazione, per studiare l’auto-assemblaggio molecolare e la relazione tra il comportamento molecolare e gli elettrodi di pilotaggio, realizzata per la prima volta, avrà un effetto dirompente sul modo in cui sarà possibile analizzare non solo i dispositivi MQCAW, ma anche altre strutture molecolari.

L’approccio olistico di modellizzazione MQCAW imposta un nuovo paradigma per quanto riguarda il metodo convenzionale per simulare l’elettronica molecolare.


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