Nuovi dispositivi innovativi, come memorie resistive (ReRAM) che memorizzano dati cambiando la propria resistenza, più veloci e con consumi minori se paragonati ai metodi tradizionali. Ma anche interruttori elettrici a bassa energia per ridurre i consumi dell'elettronica e migliorare così le prestazioni dei sistemi di calcolo e memoria. Sono molteplici le applicazioni di una nuova scoperta italiana che ha mostrato come i cosiddetti ‘materiali di Mott’ – ovvero un tipo di isolanti fondamentalmente diversi dagli isolanti convenzionali, in grado di passare dallo stato isolante a quello conduttivo - possono cambiare stato proprio a causa dei difetti topologici nella loro struttura cristallina.
“Abbiamo visto – dice all’Adnkronos Claudio Giannetti, coordinatore dello studio e direttore dei laboratori Interdisciplinari di Fisica Avanzata dei Materiali presso il Dipartimento di Matematica e Fisica dell’Università Cattolica di Brescia - che la trasformazione non avveniva a caso, ma in un punto preciso chiamato difetto topologico, ovvero quando il materiale è isolante forma strutture geometriche che seguono regole matematiche ben precise, un difetto intrinseco della struttura dello stesso”. Lo studio è stato svolto assieme alla fondazione Imdea Nanociencia di Madrid, la KU Leuven belga, la Sissa di Trieste e il Diamond Light Source, sincrotrone inglese, e pubblicato sulla rivista ‘Nature Communications’. La ricerca è stata condotta nello specifico su un particolare ossido di vanadio (V₂O₃) che ha mostrato come sono proprio questi difetti ad innescare la transizione. L’esperimento che ha portato alla scoperta è stato svolto presso il Diamond Light Source, nel Regno Unito.
“Abbiamo preso la luce del sincrotone – spiega Giannetti – e l’abbiamo focalizzata così da vedere gli elettroni emessi, per poi passarli alla microscopia”. I ricercatori hanno potuto vedere come la trasformazione da isolante a conduttore non avveniva in maniera casuale, ma nel momento del difetto topologico: “Adesso che sappiamo che è il difetto topologico a guidare il fenomeno si possono progettare nuovi esperimenti per fissare difetti e controllare il processo di switching resistivo, con l'obiettivo di ottenere un controllo completo del processo e ingegnerizzare dispositivi in grado di funzionare a velocità senza precedenti e con una dissipazione di potenza estremamente bassa” incalza il professore.
Questi materiali vengono sintetizzati a partire dagli atomi che li compongono con tecniche che permettono di creare un cristallo estremamente sottile di materiale puro. “Lo switching resistivo è il processo fondamentale alla base del cambiamento improvviso delle proprietà elettriche nei dispositivi a stato solido sotto l'azione di campi elettrici intensi” sottolinea Alessandra Milloch dell’Università Cattolica di Brescia e prima autrice del lavoro. “Nonostante la sua rilevanza tecnologica, questo processo si pensava fosse di natura stocastica, determinato da fluttuazioni locali e incontrollabili. Abbiamo deciso di approfondire e indagare la vera natura di questo fenomeno in dispositivi planari costituiti da due contatti metallici depositati su un sottile film di V2O3, che è uno degli esempi più celebri di isolante di Mott”.
I dispositivi che potrebbero essere realizzati migliorerebbero l’efficienza e le prestazioni nei sistemi di calcolo e memoria, con molteplici applicazioni che vanno dai computer ai sistemi avanzati di intelligenza artificiale. Per Giannetti, l’idea di materiali neuromorfici rappresenta "il futuro dell’elettronica".
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