I chip che alimentano i nostri computer, i telefoni e qualunque altro strumento elettronico condividono una debolezza fatale: il caldo. Sopra i 200 gradi, anche i migliori smettono inevitabilmente di funzionare. E se è un problema durante un afoso agosto sulla Terra, figuriamoci quando devono visitare altri pianeti, come Venere, dove le temperature superficiali possono superare i 450 gradi. Dalla University of Southern California (Usc) arriva però una potenziale soluzione, che potrebbe permetterci di esplorare i meandri più bollenti del Sistema solare, così come le profondità del nostro pianeta: un chip di memoria capace di funzionare perfettamente a temperature superiori ai 700 gradi centigradi.Il limite invalicabileFino a oggi, l’unica soluzione per permettere ai chip elettronici di funzionare in ambienti con temperature elevate era lavorare sull’isolamento termico. Per permettere alle sonde di operare in ambienti estremi, le agenzie spaziali hanno dovuto racchiudere l'elettronica in pesanti contenitori schermati, sistemi che però garantiscono una sopravvivenza limitata. Le missioni sovietiche Venera che tra gli anni ‘70 e ‘80 hanno raggiunto il suolo di Venere, mostrano chiaramente questo limite: Venera 13 (del 1982) detiene il record di resistenza, ed è rimasta operativa per soli 127 minuti prima che il calore ne distruggesse i circuiti.Anche la Nasa, con missioni come Pioneer Venus, ha dovuto scontrarsi con i limiti dei semiconduttori al silicio, che oltre una certa soglia termica perdono le loro proprietà elettriche (aiutati, nel caso della sonda Nasa, dall’atmosfera acida di Venere che ha degradato il sistema di isolamento e contribuito a mandare in corto i circuiti). Il limite termico dei chip, comunque, non è un problema che riguarda solo gli ambienti più estremi del Sistema solare: è lo stesso difetto che può spingere i nostri smartphone a spegnersi sotto il sole, e che rende obbligatori complessi sistemi di raffreddamento nei data center e nei satelliti in orbita terrestre. La ricerca di dispositivi capaci di resistere al calore senza bisogno di ingombranti sistemi di refrigerazione è per questo uno dei campi più attivi della microelettronica moderna.Una scoperta nata per casoIl nuovo chip della Usc è descritto in uno studio pubblicato su Science. Possiamo immaginarlo come un piccolo sandwich: due elettrodi all'esterno con un sottile strato di ceramica nel mezzo. Il segreto della sua resistenza, però, è nei materiali scelti per realizzarlo: tungsteno — il metallo con il punto di fusione più alto tra tutti gli elementi — per lo strato superiore, ceramica di biossido di afnio al centro e grafene sul fondo. Tutti materiali capaci di resistere a temperature elevatissime senza troppi problemi.Come spiegano i suoi inventori, la scoperta del nuovo chip è nata per caso, sperimentando con il grafene per costruire tutt’altro dispositivo. Una volta messo alla prova, però, le sue proprietà si sono rivelate impagabili: durante i test di laboratorio è stato sottoposto a cicli termici estremi, dimostrando una stabilità sorprendente, continuando a scrivere e leggere dati a 700 gradi, una temperatura superiore a quella della lava, per oltre 50 ore.Come funziona? E cosa potremmo farci?Approfondendo l'analisi, il team ha compreso il motivo di tanta resistenza. In un dispositivo convenzionale, il calore spinge gli atomi metallici dell'elettrodo superiore a migrare lentamente attraverso lo strato ceramico fino a raggiungere l'elettrodo inferiore. E quando questo accade, i due lati si collegano in modo permanente, mandando in corto il dispositivo. Il grafene però è in grado di impedire questo fenomeno: a livello chimico, il rapporto che ha con il tungsteno è paragonabile a quello tra olio e acqua, e quindi gli atomi di tungsteno che raggiungono la superficie del grafene non riescono ad agganciarvisi, migrano altrove e non provocano così cortocircuiti.Tecnicamente, il dispositivo realizzato dai ricercatori della Usc è un memristore, una tipologia di memoria non volatile che conserva le informazioni anche in assenza di alimentazione elettrica, modificando la propria resistenza in base alla tensione applicata. Questa caratteristica lo rende ideale per applicazioni dove l'affidabilità è critica. Oltre a permettere una nuova generazione di rover per Venere o missioni ravvicinate su Mercurio, questa tecnologia ha ricadute immediate sulla Terra.Potrebbe infatti essere impiegata nelle trivellazioni profonde per l'energia geotermica, dove i sensori devono operare a chilometri di profondità in condizioni di calore estremo, o nei motori aeronautici per monitorare i parametri di combustione in tempo reale. Anche nei computer tradizionali, memorie di questo tipo risulterebbero molto più resistenti e durature di quelle attuali, riducendo drasticamente i guasti dovuti al surriscaldamento accidentale.Ci vorrà del tempoNonostante l’eccitazione per la loro scoperta, i ricercatori sono cauti nel presentare i risultati e soprattutto i tempi necessari per vedere un simile chip in azione. Una memoria, da sola, non costituisce un computer completo: sarà necessario sviluppare e integrare anche circuiti logici ad alta temperatura. I prototipi utilizzati fin qui inoltre sono stati realizzati a mano in laboratorio su scala sub-micrometrica, e sviluppare un processo produttivo su scala industriale richiederà parecchio tempo.“Questo è il primo passo – ammette Joshua Yang, professore di ingegneria elettronica della Usc che ha guidato lo sviluppo del chip – La strada è ancora lunga. Ma ora raggiungere l’obiettivo è possibile: il componente mancante è stato creato”.