mercoledì, 18 luglio 2018

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Elettronica e Tecnologia dell’Informazione

Nanotubi di Carbonio nella nanoelettronica

nanotubi di Carbonio sono molto studiati in relazione alle loro straordinarie proprietà. In particolare, a seconda della conformazione della gabbia cilindrica formata da atomi di Carbonio che li costituisce, possono comportarsi come conduttori, semiconduttori o isolanti elettrici. Si sono già creati a livello di laboratorio porte logiche e transistor dalle prestazioni molto promettenti che impiegano queste piccole strutture. I due principali ostacoli che si debbono superare per una rapida diffusione delle nuove tecnologie elettroniche sono la produzione di massa di dispositivi elettronici che li contengano e la possibilità di connettere fra di loro migliaia di nanotubi. Infatti, l’approccio attuale di realizzazione è altamente antieconomico basandosi sulla produzione di un solo dispositivo alla volta.

Nanoelettronica molecolare

Le molecole organiche stanno riscuotendo un sempre maggior interesse per le loro proprietà elettriche che ne spingono l’impiego perfino nell’industria elettronica. E’ sorprendente che alcune molecole opportunamente modificate si comportino come dei transistor, con il vantaggio di essere molto più piccole e più economiche da produrre. Gli ostacoli da superare per una rapida diffusione sono la scarsa velocità di commutazione dei transistor molecolari e la difficoltà della produzione di massa. Per ovviare a quest’ultimo aspetto si sta pensando di adottare la tecnica dell’autoassemblamento molecolare.

Auto assemblamento

Il metodo di autoassemblamento consente di creare componenti, che in condizioni adeguatamente controllate, si assemblano spontaneamente per mezzo della creazione di legami chimici a partire dai singoli “mattoni” costituenti. In altre parole è il metodo impiegato dalla natura per creare gli oggetti e gli organismi viventi a partire dagli atomi o dalle cellule. Nell’industria elettronica non è un metodo semplicemente implementabile. Infatti, le strutture ed i circuiti elettronici sono talmente complessi che bisogna fare in modo che le componenti molecolari si autoassemblino all’interno di strutture preventivamente impresse su un substrato di semiconduttore.

Soft Lithography

La soft lithography si presenta come un metodo molto promettente per creare strutture su nanoscala nell’industria elettronica, in maniera molto semplice ed economica. Si tratta di stampare il nanocircuito su un substrato per mezzo di stampi realizzati con polimeri. I polimeri possono essere più soffici del substrato, e per questo possono riprodurre il disegno del circuito impiegando opportuni fluidi o materiali che fungono da inchiostri, oppure possono essere più duri ed in tal caso incidono il disegno sulla superficie.
Sono metodi ampiamente usati nella produzione dei lab on a chip (chip microfluidici) e dei dispositivi ottici da impiegare in fotonica.

MRAM (Magnetic Random Access Memory)

E’ una memoria non volatile che consente ai dispositivi che la contengono (PC, telefoni cellulari, PDA, ecc.) di immagazzinare i dati molto più velocemente delle attuali memorie RAM (Random Access Memory).
Si stanno compiendo ricerche sull’impiego dei nanotubi di Carbonio per poter costruire memorie con capacità fino a 1 Terabit. Per gli stessi fini si stanno compiendo ricerche che prevedono l’uso di molecole al posto dei nanotubi. Le nuove memorie andranno ad interessare le fasce di mercato in cui attualmente sono presenti le memorie flash e gli hard disk.

Spintronica

Il termine spintronica nell’accezione scientifica indica lo studio delle strutture elettroniche e di spin dei più svariati materiali. Mentre, nell’accezione tecnologica indica la memorizzazione e l’elaborazione dell’informazione affidando la codifica binaria allo spin dei portatori di carica, piuttosto che alla modulazione della carica elettrica. Infatti, lo spin possiede solo due configurazioni possibili, denominate “up” e ”down”, che si prestano ottimamente all’implementazione del codice binario. In tal senso costituisce un connubio fra l’elettronica ed il magnetismo.
Questa tecnologia si applica attualmente nella produzione delle testine di lettura e scrittura dei dischi magnetici e nelle memorie MRAM. Sono in atto ricerche per migliorare le attuali prestazioni.

Immagazzinamento di dati tramite l’AFM (Atomic Force Microscope)

Le aziende IBM e Hewlett Packard hanno sviluppato un sistema di immagazzinamento dati su superfici polimeriche basato sull’impiego di una matrice di migliaia di punte simili a quelle dell’AFM. Le punte, impiegate sia per la lettura che per la scrittura delle informazioni, si muovono contemporaneamente e per scrivere procedono ad una semplice indentazione della superficie. Il polimero impiegato ha la particolarità di poter essere cancellato e riscritto più volte sempre sulla stessa posizione. Questa tecnica consente di immagazzinare informazioni con una densità superficiale 20 volte superiore alle attuali tecniche. Il che consente di immagazzinare il contenuto di 25 DVD sulla superficie delle dimensioni di un francobollo.

Immagazzinamento magnetico dei dati

Le tecniche di immagazzinamento dei dati basate sul comportamento magnetico dei materiali sono in continua evoluzione. Trovano impiego negli hard disk e grazie alle nanotecnologie si riescono a controllare gli stati di magnetizzazione di areole superficiali dalle dimensioni sempre più piccole. Dunque, è previsto un largo impiego di questi dispositivi ancora per molti anni.

Computer quantistico

Le potenziali capacità di calcolo di un computer che basa il suo funzionamento sui fenomeni quantistici sono enormemente superiori se paragonate ai computer convenzionali. Infatti, il primo è in grado di compiere operazioni logiche in parallelo, mentre il secondo è vincolato dalla logica seriale. Gli usi di un computer siffatto andranno dalla crittografia ai modelli matematici che simulano fenomeni reali molto complessi.

Switch ottici

Le reti di comunicazione sono sempre più caratterizzate dall’uso delle fibre ottiche che consentono di aumentare facilmente le bande trasmissive disponibili senza soffrire degli inconvenienti evidenziati dalle reti in rame. Per la gestione ed il controllo di queste reti sono necessari dispositivi quali gli switch ottici, che funzionano come degli interruttori convenzionali, soltanto che, invece di instradare segnali di natura elettrica, sono in grado di instradare segnali di natura luminosa. Generalmente, sono costruiti con materiali ad indice di rifrazione non lineare, pertanto instradano i segnali su circuiti ottici diversi a seconda dell’intensità dei fasci luminosi in ingresso.

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