NANOSCIENZA PER ELETTRONICA

Negli ultimi anni, notevoli progressi sono stati compiuti nella miniaturizzazione dei computer. Al giorno d'oggi i componenti più piccoli di un dispositivo microelettronico hanno una dimensione di circa 130 miliardesimi di metro (chiamati nanometri).

La capacità di produrre unità ancora più piccole renderebbe possibile la costruzione di telefoni cellulari, riproduttori audio e video portatili, computer, più potenti e che consumino meno energia. Un'ulteriore miniaturizzazione richiederà però la manipolazione della materia a livello atomico, su scala anche sub-nanometrica.

La scienza che studia i fenomeni su scala nanometrica è chiamata nanoscienza. All’ISOF, tecniche quali la microscopia ad effetto tunnel (STM) e la microscopia a scansione di forza (SFM) sono utilizzate per visualizzare la struttura di atomi e molecole (Figura 1)[1]. In queste tecniche, una minuscola sonda compie scansioni su una superficie misurando proprietà fisiche locali quali il trasferimento di elettroni o le forze di interazione punta-superficie.

Questi microscopi possono operare in differenti ambienti come il vuoto, l’atmosfera, correnti di gas o liquido, permettendo di provocare reazioni chimiche e monitorarle con una risoluzione su scala molecolare. Ad esempio, è possibile seguire con l’STM la trasformazione di singole molecole di idrocarburi su una superficie [2].

È inoltre possibile studiare con SFM macromolecole lineari otticamente attive, utili per la fabbricazione di displays, ottenendo informazioni sulle loro proprietà strutturali [3]. Con la punta di un microscopio a scansione di sonda si possono anche manipolare nanostrutture su scala molecolare, "scrivendo" su uno strato di molecole organiche e cambiando la loro orientazione sulla superficie (Figura 2A).

Si può utilizzare questo approccio per incrementare notevolmente l’attuale densità di scrittura ed immagazzinamento di dati (hard disk, CD-ROM, DVD) [4]. Nel campo dell’elettronica, abbiamo studiato il comportamento dei singoli atomi di silicio su superfici estremamente pulite, preparate in alto vuoto, a pressioni di circa 10-13 atm (quasi al livello della pressione nello spazio interstellare).

Usando piccole molecole adsorbite, abbiamo provocato la crescita di nanostrutture su superfici di silicio, formando diverse strutture nanoscopiche come isole e linee [5]. In questo modo, è possibile creare minuscoli cerchi di nanostrutture di silicio (Figura 2B). Questi metodi permetteranno lo sviluppo di una nuova generazione di architetture ibride silicio-organico [6], dove le molecole organiche reagiscono col silicio permettendo la costruzione di dispositivi molecolari, sensori nanoscopici per applicazioni biologiche, laboratori miniaturizzati, etc. l’uso di microscopie a sonda per controllare le proprietà di singole molecole e dei loro aggregati supramolecolari è di fondamentale importanza per questi futuri sviluppi tecnologici.

ISOF / CNR