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Negli smartphone del futuro le vecchie valvole termoioniche?

Un gruppo di ricercatori vorrebbe rimpiazzare i transistor con le valvole termoioniche, i “tubi a vuoto” che in particolar modo fino alla fine degli anni 60 erano impiegati in quantità in apparecchiature elettroniche quali ricevitori e trasmettitori radio, TV e amplificatori vari. Sebbene oggi i transistor, nelle loro varie forme e tipologie, abbiano soppiantato le valvole in quasi ogni applicazione, ricercatori al Nanofabrication Group di Caltech hanno sviluppato tubi termoionici una milionesima volta più piccoli di quelli usati negli anni passati.

“La tecnologia nel mondo dei computer sembra avere un funzionamento a cicli” dice Alan Huang, electrical engineer un tempo impiegato nei Bell Laboratories. “Alcuni algoritmi pensati per precedenti generazioni, possono essere usati per quelle future”. L’ultima volta che i ricercatori avevano lavorato sulle valvole termoioniche era stato negli anni ’90 quando queste sembravano avere peculiarità utilizzabili per la costruzione di pannelli per schermi piatti, tecnologia che si è rivelata poi non adatta per via dei costi inferiori e della maggiore efficienza dei display a cristalli liquidi.

Un’operaia testa alcune valvole termoioniche - Immagine dal Bell Systems Technical Journal del 1922
Un’operaia testa alcune valvole termoioniche – Immagine dal Bell Systems Technical Journal del 1922

“Ogni decennio le valvole tornano in auge” dice sorridendo il Dr. Scherer che guida il Nanofabrication Group del Caltech. I transistor hanno rimpiazzato le valvole perché sono più compatti, non generano calore, bruciore cutaneo e non hanno bisogno del vuoto. I ricercatori sono riusciti a creare minuscoli tubi a vuoto usando il metallo in grado di emettere elettroni e offrire alcuni vantaggi rispetto ai transistor giacché dal punto di vista dei trasporti il vuoto ha la meglio sui semiconduttori con gli elettroni che si propagano liberamente, senza soffrire dei fenomeni di collisione con gli atomi di un semiconduttore solido. Le valvole, inoltre, non sono soggette a problemi di radiazione e producono meno rumori e distorsioni nei segnali rispetto ai materiali a stato solido.

Vari ricercatori hanno cominciato a riguardare con interesse le valvole, in particolare con la fine della cosiddetta Legge di Moore, l’empirico enunciato che per anni ha confermato che la complessità dei microcircuiti (misurata dal numero di transistori per chip o per area unitaria) raddoppiava periodicamente, con un periodo originalmente indicato in 12 mesi, allungato a 2 anni verso la fine degli anni Settanta e dall’inizio degli anni Ottanta assestatosi sui 18 mesi. Oggi aziende come Intel e altri producono chip con tecnologie costruttive tra i 20 e 10 nanometri; sotto i 10 nanometri il Dr Scherer spiega che i ricercatori resteranno sorpresi dal comportamento del silicio a tali dimensioni atomiche. Le valvole alle quali lavora Scherer, possono essere realizzate con un range di vari materiali conduttori, come tungsteno, molibdeno, oro e platino, permettendo di creare piccolissimi switch anche su scala atomica.

Scherer spiega che le valvole di nuova generazione non rimpiazzeranno subito i transistor ma le possibili applicazioni sono molteplici; nel settore aerospaziale e dell’aviazione i ricercatori hanno attirato l’interesse di Boeing che ha aperto loro il portafoglio. Nuovi e specifici chip potrebbero arrivare sul mercato nell’arco di un decennio, quando forse i transistor basati sul silicio non saranno più adatti per le necessità del futuro.

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