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Rivoluzione diseleniuro di tungsteno: verso i computer ottici?

LED a basso costo che fanno miglaia di volte la luce delle lampadine attuali, pannelli fotovoltaici trasparenti che trasformano la luce del sole in elettricità, computer ottici che fanno sbiancare i processori che usano ancora i "vecchi" elettroni con la "vecchia" Legge di Moore: questa la rivoluzione del diseleniuro di tungsteno. Una nuova tecnica singaporiana aumenta di 20mila volte la sua capacità di emettere luce.

Dopo aver potenzialmente riempito di mercurio le nostre case con le lampade "a risparmio energetico", per capirci quelle compatte e fluorescenti (chiamate CFL, Compact Fluorescent Lamps), l'economicità delle nuove lampadine a LED sta conquistando progressivamente i consumatori. Le lampadine a LED, quelle che consumano poco, durano tanto e soprattutto "non scaldano" potrebbero però apparire di colpo "vecchie" rispetto a quelle che in futuro incorporeranno un materiale "magico" come il diseleniuro di tungsteno.

Questo materiale che per il suo spessore ricorda il grafene è infatti un materiale "bidimensionale" che ha la particolare vocazione di trasformare l'elettricità in luce (e viceversa). Tecnicamente il Se2W (questa la sua formula chimica) si presenta come un film sottile quanto un atomo, completamente trasparente con proprietà fotovoltaiche e LED (Light-emitting diode). Meno spesso di oltre diecimila volte un capello umano, il diseleniuro di tungsteno è all'incirca un ventesimo dello spessore dei LED che oggi sono montati sulle comuni lampadine.

Questa sua "sottigliezza" diventa molto interessante se si pensa che gli strati di diseleniuro di tungsteno possono essere "impilati" per produrre più elettricità nelle celle fotovoltaiche o, al contrario, più luce. Ma il fatto che questo materiale derivato dal tungsteno (che è ricordiamolo, il classico filamento della "vecchie" lampadine) sia "alto" solo un atomo, ne spiega anche la "debolezza". Il diseleniuro di tungsteno è infatti talmente efficace nel convertire l'elettricità in luce, quanto poco "produttivo" per il fatto che le dimensioni sono troppo "ristrette".

Ma ora i ricercatori della National University of Singapore (NUS) sembrano aver trovato una soluzione. In un articolo pubblicato su Nature Communications ("Giant photoluminescence enhancement in tungsten-diselenide–gold plasmonic hybrid structures" i ricercatori singaporiani spiegano come abbiano aumentato la capacità di questo materiale di emettere luce di 20mila volte a parità di superficie con il diseleniuro di tungsteno nel suo classico film monolayer. L'esperimento potrebbe aprire un orizzonte luminoso non solo alle lampadine a LED (che consumerebbero di meno facendo più luce), quanto ai computer ottici che, in diretta concorrenza con gli utopici computer quantistici, potrebbero avere la meglio sui computer elettronici (quelli che usiamo ora) ormai in crisi di Legge di Moore.

Per chi non lo sapesse la famosa Legge di Moore, quella che recita che "la complessità di un microcircuito, misurata ad esempio tramite il numero di transistori per chip, raddoppia ogni 18 mesi" è infatti messa in crisi dalla miniaturizzazione che è arrivata al capolinea. Nel prossimo futuro, sui wafer di silicio ci si potrà spingere al massimo a 2-3 nanometri (con componenti di dimensioni di 10 atomi), ma non altre, perché i transistor diventerebbero "quantisticamente" inservibili. Ecco perché la tecnica trovata dalla National University of Singapore potrebbe aprire le porte delle nostre case ai computer ottici.

Tecnicamente il diseleniuro di tungsteno è un monostrato dicalcogenuri dei metalli di transizione (in inglese "Transition metal dichalcogenide", abbreviato in TMDC) che sta rivoluzionando l'optoelettronica, cioè quella branca della scienza che si occupa di studiare i dispositivi elettronici che interagiscono con la luce e le loro possibili applicazioni. I ricercatori della NUS hanno mostrato come incorporare dei monostrati di diselenide di tungsteno su substrati d'oro sfruttando la risonanza plasmonica di superficie. Il ricercatore capo, la dottoressa Wang Zhuo della NUS Graduate School for Integrative Sciences and Engineering (NGS) ha spiegato: "Questo è il primo lavoro che dimostra quanto l'uso delle nanostrutture plasmoniche d'oro possa migliorare la fotoluminescenza del diselenide di tungsteno, siamo riusciti a ottenere un miglioramento senza precedenti dell'assorbimento e dell'emissione della luce per questo nanomateriale".

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