Scienziati dell’Università di Pechino affermano di aver creato il primo semiconduttore bidimensionale in seleniuro di indio (InSe) su scala industriale. Questo materiale, secondo uno studio pubblicato su Science, supera i limiti fisici del silicio e apre la strada a una nuova generazione di chip ultraefficienti che potrebbero portare all’intelligenza artificiale con un consumo energetico minimo. Il silicio sta raggiungendo i suoi limiti fisici e l’industria dei semiconduttori ha un disperato bisogno di un’alternativa che le consenta di controllare l’elettronica del futuro. Il nuovo materiale cinese sta cambiando tutto questo. I ricercatori lo chiamano il “semiconduttore d’oro” per le sue proprietà quasi magiche e nei test di laboratorio ha superato il silicio in termini di prestazioni ed efficienza.
Eludere la dipendenza dagli Stati Uniti
Se funzionerà come promesso, il nuovo materiale potrebbe non solo ridefinire il futuro dei chip, ma anche sconvolgere l’attuale equilibrio tecnologico globale, attualmente dominato dagli Stati Uniti.
La nuova generazione di chip sfida il dominio di Nvidia, l’azienda che produce i cervelli in silicio che alimentano tutta la tecnologia di intelligenza artificiale e che, per ordine del governo americano, non può esportare i suoi chip più avanzati a Pechino.
Il materiale può anche servire come un Ozempic per l’appetito energetico dell’intelligenza artificiale, riducendone drasticamente il prezzo. Le aziende statunitensi stanno creando sistemi di IA che necessitano di centri dati grandi come città e enormi quantità di energia per funzionare.
Tuttavia, la Cina sta puntando sulla strada opposta, creando IA come DeepSeek che richiedono molta meno energia per generare le loro risposte. Pertanto, un chip con queste caratteristiche potrebbe abbassare ulteriormente il suo costo e sbilanciare la bilancia a favore dell’Asia.
Come è fatto il nuovo materiale
Per decenni questo materiale è stato considerato il Santo Graal dell’elettronica, ma gli scienziati non sono stati in grado di mantenere un rapporto atomico esatto 1:1 tra indio e selenio durante la sintesi, impedendo la corretta crescita del materiale.
Il team cinese è riuscito a superare questo ostacolo sviluppando una strategia chiamata conversione solido-liquido-solido. Il processo inizia depositando un sottile film di InSe su substrati di zaffiro mediante polverizzazione catodica. Successivamente, il wafer viene incapsulato con indio a basso punto di fusione e sigillato in una cavità di quarzo.
Nei test di laboratorio, spiega il team nell’articolo pubblicato su Science, l’InSe ha dimostrato un’elevata conduttività, un’eccezionale mobilità elettronica, una massa effettiva bassa e un bandgap (il gap energetico che determina il comportamento di un semiconduttore) perfettamente calibrato.
Ma la magia, dicono, avviene quando il materiale raggiunge circa 550 °C. L’indio crea un ambiente localizzato ricco di indio che favorisce la dissoluzione controllata e la ricristallizzazione nell’interfaccia. Questa reazione produce film cristallini uniformi di InSe a fase singola.
Con questo metodo, i ricercatori sono riusciti a creare wafer di 5 centimetri con una cristallinità, una purezza di fase e un’uniformità di spessore che rappresentano una pietra miliare a livello mondiale nel campo dei semiconduttori 2D.
Prestazioni migliori del silicio
I chip realizzati con questi wafer di InSe non solo funzionano, ma nei test hanno battuto tutti i precedenti record di conduttività.
Ma la cosa più impressionante è rappresentata dalle dimensioni nanometriche, con lunghezze di gate inferiori a 10 nm, dove i dispositivi hanno mostrato tensioni di funzionamento più basse, rapporti di accensione/spegnimento migliorati e un trasporto balistico efficiente a temperatura ambiente. In altre parole, chip che funzionano meglio, più velocemente e consumando meno energia di qualsiasi altro creato finora.
Il team sta esplorando la sua nuova tecnica per creare altri materiali 2D per costruire chip multifunzionali che possono essere impilati verticalmente, il che potrebbe portare a architetture di elaborazione completamente nuove.