Approfondimento del 13 aprile 1998
L'era dei nanotubi
Quella che ho in mano è una matita. Di quelle a cui ogni tanto bisogna temperare la
punta, che tutti noi abbiamo usato a scuola. Un oggetto semplice, che costa poche
centinaia di lire.
Eppure questa semplice e umile matita racchiude qualcosa che, dopo aver rivoluzionato
il mondo dei nuovi materiali, ora potrebbe essere protagonista di una rivoluzione anche
nel mondo della microelettronica e dei computer: il carbonio.
 L'anima
di una matita, la parte scura che lascia il suo segno sul foglio, è fatta di grafite,
cioè di carbonio puro. E il carbonio è un elemento molto interessante. Per esempio è il
protagonista assoluto di tutti i processi chimici organici e biologici: la chimica della
vita è la chimica del carbonio.
Ma perché questo elemento è così particolare? Il fatto è che ogni atomo di carbonio
è una spiccata propensione a reagire con un altro atomo identico. Così il carbonio può
combinarsi e presentarsi in modi molto diversi. La grafite è solo un esempio, una delle
possibili facce del carbonio.
Quello che vedete alle mie spalle è invece un diamante. E non potete certamente
comprarlo a poche lire come una matita. Cosa c'entra con la grafite? Beh, il preziosissimo
diamante è fatto di carbonio puro, esattamente come l'umile grafite. L'unica differenza
è nel modo in cui gli atomi di carbonio si dispongono a livello microscopico.
La grafite è costituita da tanti fogli sovrapposti, un po' come un wafer. Ogni foglio
è fatto da un singolo strato di atomi e la forza che tiene insieme il wafer non è molto
intensa. Per questo la grafite è così fragile e le punte delle matite si spezzano con
tanta facilità.
 Nel
diamante invece gli atomi formano un reticolo tridimensionale molto solido, che fa del
diamante il materiale più duro che esista.
Vi starete cominciando a chiedere cosa abbia a che fare tutto questo con la
microelettronica e i computer. Ancora un attimo di pazienza.
Perché quando si lascia agire madre Natura liberamente si formano di solito la grafite
o, più raramente, il diamante. Ma quando gli scienziati cominciano a giocare con gli
atomi di carbonio nei loro laboratori, si possono ottenere strutture ancora più strane e
interessanti.
Come questa, per esempio, che si chiama fullerene. Assomiglia a un pallone da calcio,
no? E infatti, proprio come un pallone da calcio, è fatta di esagoni e pentagoni, solo
che sono di carbonio e non di cuoio.
 E se invece si prende un singolo foglio di grafite e lo si arrotola su se
stesso si ottiene qualcosa del genere. Si chiama nanotubo ed è lui, finalmente, il
probabile protagonista della rivoluzione elettronica prossima ventura.
Il primo a fabbricare un nanotubo nel 1991 è stato Sumio Iijima, un ricercatore della
Nec, uno dei colossi giapponesi dell'elettronica. E cosa ha di speciale un nanotubo?
Per cominciare è la fibra più resistente che si conosca sebbene sia circa
cinquantamila volte più sottile di un capello umano.
Ma è nelle sue proprietà di condurre l'elettricità che un nanotubo di carbonio
mostra le carte migliori. Infatti, a seconda del suo diametro può essere o un conduttore
di corrente, come un metallo, o un semiconduttore, come il silicio degli attuali
microchip.
Così si potrebbe costruire una nuova generazione di chip elettronici al carbonio
sfruttando le proprietà dei nanotubi di diametro diverso. E rispetto ai circuiti di
silicio attuali, quelli al carbonio sarebbero incredibilmente più piccoli.
 I primi esperimenti sono già in corso e qualche mese fa, all'Università
di Berkeley, Alex Zettl ha dimostrato che un singolo nanotubo può contenere diversi diodi
e transistor, cioè i mattoni fondamentali di ogni circuito elettronico.
Ma non è finita. Questi tubicini di carbonio sono così sottili che una singola fibra
lunga ben quattrocento mila chilometri si potrebbe, diciamo così, impacchettare in un
cubetto di poco meno di due centimetri di lato.
Un cubetto di carbonio poco più grande di questo dado da gioco potrebbe contenere un
numero immenso di contatti, di allacciamenti e di interconnessioni elettroniche.
Qualcosa che ricorda da vicino ciò che avviene tra i neuroni del cervello. E che non
è nemmeno immaginabile di poter costruire con i vecchi, si fa per dire, e ingombranti
componenti di silicio.
Insomma, il silicio, che finora è stato il re incontrastato del mondo della
microelettronica, potrebbe essere sul punto di cedere il suo scettro al carbonio. Che
conoscevamo già come prezioso diamante, o come umile grafite o come materiale da
costruzione leggero ma resistentissimo e che forse impareremo a conoscere come nanochip. |
