Un nuovo studio internazionale, guidato dall'Università di Padova, esplora come le tecniche avanzate di microscopia stiano rivoluzionando la comprensione dei semiconduttori. I ricercatori hanno esaminato metodi come la sonda atomica tomografica, la microscopia a effetto tunnel e la microscopia elettronica in trasmissione, che consentono di visualizzare la disposizione degli atomi nei materiali. Grazie a queste tecniche, è emerso che l’ordine e il disordine atomico influenzano in modo significativo le proprietà dei semiconduttori, tra cui la conducibilità elettrica e l’efficienza nell’emissione di luce. Sorprendentemente, è stato osservato che un certo grado di disordine può persino migliorare le prestazioni dei materiali. Questa conoscenza è fondamentale per progettare i dispositivi elettronici e optoelettronici del futuro, migliorandone sempre di più l’efficienza.
In una rassegna recentemente scritta da un gruppo di ricercatori, provenienti da Italia, Francia e Paesi Bassi, è stata offerta una visione completa delle tecniche più avanzate di microscopia – dalla sonda atomica tomografica (APT), alla microscopia a effetto tunnel (STM), fino alla microscopia elettronica in trasmissione (TEM) – e del loro impatto soprattutto nello studio dei semiconduttori del gruppo III-V, materiali fondamentali per l’elettronica e l’optoelettronica. Lo studio, guidato da Enrico Di Russo, ricercatore del Gruppo Semiconduttori del Dipartimento di Fisica e Astronomia dell’Università di Padova - in collaborazione con scienziati dell’Université de Rouen, del CNRS e della Eindhoven University of Technology - esplora inoltre le prospettive offerte da queste tecniche alle nuove classi di materiali, come i materiali bidimensionali e le perovskiti, senza trascurare i semiconduttori del gruppo IV, centrali per la microelettronica.
Nel mondo dei semiconduttori, la disposizione degli atomi nel reticolo cristallino - ordinata o disordinata che sia - può avere conseguenze inattese. Questi fenomeni influenzano caratteristiche fondamentali di
questi materiali, come il comportamento elettrico determinato dalla presenza dei droganti e la capacità del materiale di emettere o assorbire luce in modo efficiente. Comprendere come gli atomi si organizzano, si
aggregano o interagiscono tra loro è quindi cruciale per progettare dispositivi ad alte prestazioni, come LED, laser e celle solari.
L’articolo intitolato “Order and disorder at the atomic scale: Microscopy applied to semiconductors” ripercorre lo sviluppo storico delle tecniche di microscopia con risoluzione su scala atomica e ne spiega i principi di funzionamento. Ogni tecnica viene illustrata nei suoi punti di forza: la sonda atomica tomografica (APT), ad esempio, consente di costruire mappe tridimensionali che rivelano la posizione e l’identità chimica dei singoli atomi; la microscopia a effetto tunnel (STM) permette di osservare come le impurità si distribuiscono sulla superficie dei materiali; mentre la microscopia elettronica in trasmissione (TEM) offre immagini ad altissima risoluzione dei cristalli, rendendo possibile lo studio diretto della struttura su scala atomica dei semiconduttori.
Uno degli aspetti più sorprendenti messi in luce da questa ricerca ricerca è che il disordine, contrariamente a quanto si potrebbe pensare, non è sempre deleterio: in alcuni casi può addirittura migliorare le prestazioni di un materiale, ad esempio conferendogli proprietà magnetiche o aumentando la capacità di emissione luminosa. Le tecniche di microscopia atomica non si limitano così a rivelare la struttura dei materiali, ma diventano strumenti fondamentali per progettarli e migliorarli: aiutano cioè a ingegnerizzare il disordine, controllandolo e sfruttandolo a vantaggio della tecnologia.
L’articolo completo è disponibile online sulla rivista Reviews of Modern Physics:
