Super-reticolo [superlattice]

Un super-reticolo o superlattice è una struttura composta da strati alternati di materiali diversi. Questi strati sono in genere misurati in nanometri. Queste strutture vengono utilizzate nella creazione di nuove forme di semiconduttori e superconduttori. I super reticoli furono scoperti all’inizio del 1925 da Johansson e Linde dopo gli studi su oro-rame e palladio-sistemi di rame attraverso i loro speciali schemi di diffrazione dei raggi X. Ulteriori osservazioni sperimentali e modifiche teoriche sul campo sono state fatte da Bradley e Jay, Gorsky, Borelius, Dehlinger e Graf, Bragg e Williams e Bethe. Le teorie erano basate sulla transizione della disposizione degli atomi in reticoli cristallini da disordinato stato a un ordinato stato.

Se il superlattice è costituito da due materiali semiconduttori con gap di banda diversi, ogni pozzo quantico stabilisce nuove regole di selezione che influenzano le condizioni di flusso delle cariche attraverso la struttura. I due diversi materiali semiconduttori vengono depositati alternativamente l’uno sull’altro per formare una struttura periodica nella direzione di crescita. Dalla proposta di super reticoli sintetici avanzata nel 1970 da Esaki e Tsu, sono stati compiuti progressi nella fisica di questi semiconduttori ultrafini, attualmente chiamati strutture quantistiche. Il concetto di confinamento quantistico ha portato all’osservazione di effetti di dimensione quantistica in eterostrutture isolate di pozzi quantistici ed è strettamente legato ai super reticoli attraverso i fenomeni di tunneling. Pertanto, queste due idee sono spesso discusse sulla stessa base fisica, ma ognuna ha una fisica diversa utile per le applicazioni nei dispositivi elettrici e ottici.

La struttura è realizzata impilando strati di materiali diversi uno sopra l’altro. Questi strati sono molto sottili, nell’ordine dei nanometri. Impilando insieme materiali così sottili, le proprietà dei singoli materiali si fondono insieme in modi inaspettati. Questa combinazione di proprietà consente agli scienziati di creare sostanze che hanno proprietà rare o sconosciute tra i materiali naturali.

Esistono due motivi comuni per creare una struttura a reticolo. Il primo è quello di aumentare la resistenza del materiale agli effetti di taglio. Il processo di fabbricazione di un superlattice aumenta la resistenza al taglio ben oltre la resistenza posseduta da uno qualsiasi dei materiali costituenti. Questa resistenza consente al materiale di mantenere la sua struttura sotto stress maggiori rispetto ai materiali tradizionali.

L’altro motivo comune per la costruzione di un superlattice è la produzione di nuove varietà di semiconduttori. Questi materiali trasmettono elettricità meglio di un isolante, ma non meglio di un conduttore. Sono utilizzati nell’elettronica moderna, spesso sotto forma di un circuito integrato o microchip. I semiconduttori attuali sono generalmente fatti di silicio, ma i semiconduttori a super reticoli possono essere fatti di molti materiali diversi.

I super reticoli a semiconduttore presentano numerosi vantaggi rispetto ai semiconduttori tipici. Questi materiali fabbricati possono condurre elettricità più velocemente o più lentamente di un tipico semiconduttore al silicio, semplicemente alterando la quantità di sostanze nel reticolo. Ciò consentirà la costruzione personalizzata di un semiconduttore con tolleranze molto specifiche.

Un altro vantaggio consiste nel mantenere separate alcune proprietà dei materiali reticolari. Creando un conduttore a strati, è possibile inviare correnti di potenza variabile attraverso il semiconduttore. In effetti, ogni strato trasmette energia alla sua velocità naturale. Ciò consentirà a un singolo materiale di operare su due frequenze diverse contemporaneamente, migliorando i tempi di risposta del materiale.

Attualmente pochi prodotti sono realizzati con questa tecnologia. Alcune aziende stanno sperimentando batterie e lampadine che utilizzano catodi a base di superlattice, ma sono molto rari. La ricerca in corso sul campo probabilmente cambierà tutto ciò. Le strutture a super reticoli hanno molte proprietà che, se aggiunte ai comuni beni di consumo, aumenteranno la loro durata di vita e ridurranno il consumo di energia.

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