Un team di ricercatori ha scoperto quello che il Massachusetts Institute of Technology definisce il “miglior materiale semiconduttore mai trovato”, anche meglio del silicio, il materiale utilizzato in quasi tutti i chip.
A luglio, gli scienziati del MIT, dell’Università di Houston e di altri istituti hanno annunciato di aver dimostrato che l’arseniuro di boro cubico ha prestazioni migliori del silicio nel condurre calore ed elettricità, aprendo nuove possibilità per chip più piccoli e veloci. Il team include il professore nato in Cina Gang Chen, ex capo del Dipartimento di Ingegneria Meccanica del MIT, che è stato oggetto di un’indagine di un anno da parte del Dipartimento di Giustizia prima che l’agenzia lasciasse cadere le accuse di spionaggio a causa della mancanza di prove.
Potrebbero passare decenni prima che i semiconduttori a base di arseniuro di boro cubico vengano utilizzati in chip disponibili in commercio, se si dimostrano fattibili. Ma alla fine, il nuovo materiale potrebbe aiutare i progettisti a superare i limiti naturali dei modelli attuali per realizzare chip migliori, più veloci e più piccoli, e la sua scoperta è il tipo di ricerca che gli Stati Uniti rischiavano di perdere con un giro di vite su esperti come Chen.
Arseniuro di boro cubico
Nonostante la sua ubiquità nell’industria dei chip, il silicio non è il miglior semiconduttore possibile. Innanzitutto, non conduce molto bene il calore, il che significa che i chip e i dispositivi di consumo spesso devono includere costosi sistemi di raffreddamento o rischiare il surriscaldamento.
Secondo lo studio di luglio, l’arseniuro di boro cubico conduce il calore 10 volte meglio del silicio. “Il calore è un grosso collo di bottiglia per l’elettronica”, ha detto Chen in un comunicato stampa che accompagna lo studio, definendo il nuovo materiale un potenziale “punto di svolta”.
Lo studio ha anche rivelato che l’arseniuro di boro cubico è migliore del silicio nel condurre sia gli elettroni che la sua controparte caricata positivamente, il “buco dell’elettrone”. Quest’ultimo è una debolezza particolarmente evidente del silicio, che limita la velocità dei semiconduttori a base di silicio.
I progettisti di chip stanno iniziando a scontrarsi con i limiti naturali del silicio nella loro ricerca di chip più piccoli e veloci. I ricercatori stanno parlando pubblicamente della fine della Legge di Moore, la previsione del 1975 del cofondatore di Intel Gordon Moore secondo cui il numero di transistor in un chip raddoppierebbe ogni due anni, che da allora è stata la stella polare per l’industria dei semiconduttori.
I ricercatori stanno esplorando modi per spremere più prestazioni dai nuovi computer attraverso nuovi materiali per chip o nuove tecnologie come l’informatica quantistica. Materiali come l’arseniuro di boro cubico, supponendo che possano essere commercializzati, potrebbero aiutare i progettisti a continuare a produrre chip per computer ancora più piccoli e veloci.
Ma c’è ancora molta strada da fare prima che l’arseniuro di boro cubico possa essere utilizzato al di fuori del laboratorio. Il materiale è stato realizzato solo in piccoli lotti e i ricercatori avevano bisogno di attrezzature speciali per studiarne le proprietà, secondo il MIT.
“Il silicio è il cavallo di battaglia dell’intero settore”, ha detto Chen nel comunicato, osservando che gli scienziati hanno trascorso decenni a sviluppare procedure per purificare il silicio ai livelli necessari per la produzione di chip, raggiungendo il 99,99999999% di purezza o il cosiddetto livello dieci-nove. Ma Chen ha detto che se la ricerca futura potesse superare le barriere alla produzione industriale, l’arseniuro di boro cubico potrebbe diventare “un candidato promettente per l’elettronica di prossima generazione”.
Le accuse di spionaggio cadute
Lo studio è anche una svolta significativa per uno dei suoi autori di spicco, Chen, che è stato un obiettivo di alto profilo di un’iniziativa dell’era Trump per indagare sulle accuse di spionaggio cinese.
Il Dipartimento di Giustizia degli Stati Uniti, attraverso un programma chiamato China Initiative, ha accusato dozzine di accademici cinesi e cinesi americani di nascondere i loro legami con le istituzioni cinesi al fine di condividere tecnologie avanzate con Pechino.
Le autorità hanno arrestato Chen, nato in Cina e naturalizzato come cittadino statunitense nel 2000, nel gennaio 2021. È stato accusato di non aver rivelato legami con le istituzioni cinesi riguardo le domande di sovvenzione al Dipartimento dell’Energia. “Non si trattava solo di avidità, ma di lealtà alla Cina”, sosteneva all’epoca l’allora procuratore degli Stati Uniti per il Massachusetts Andrew Lelling.
La comunità scientifica, soprattutto al MIT, ha fortemente criticato l’arresto. La facoltà del MIT, in una lettera aperta, ha scritto che “la difesa del professor Chen è la difesa dell’impresa scientifica che tutti abbiamo a cuore: siamo tutti Gang Chen”.
Il Dipartimento di Giustizia, sotto l’amministrazione Biden, ha lasciato cadere le accuse contro Chen nel gennaio 2022 dopo che i funzionari del dipartimento dell’energia hanno rivelato che a Chen non è mai stato richiesto di fare le rivelazioni che era stato accusato di omettere. In una dichiarazione rilasciata quando le accuse sono state ritirate, Chen ha accusato il dipartimento di giustizia di continuare a portare “paura ingiustificata alla comunità accademica”.
Un mese dopo aver abbandonato il caso di Chen, il DOJ ha sciolto la China Initiative. “Abbiamo contribuito a dare origine a una percezione dannosa che il dipartimento applichi uno standard inferiore per indagare e perseguire la condotta criminale relativa alla [Cina] o che in qualche modo vediamo le persone con legami razziali, etnici o familiari con la Cina in modo diverso”, ha detto l’assistente procuratore generale per la sicurezza nazionale Matthew Olsen.
Gli scienziati hanno anche sostenuto che indagini come quella su Chen hanno dissuaso gli accademici, in particolare quelli cinesi, dal trasferirsi negli Stati Uniti, negando agli Stati Uniti l’opportunità di beneficiare della loro ricerca. “Stanno spaventando i talenti”, ha detto un membro della facoltà del MIT a WBUR a febbraio.
Gli esperti hanno indicato la mancanza di competenze scientifiche e tecniche qualificate come un importante vincolo alla spinta degli Stati Uniti a ripristinare la sua importanza nella ricerca e nello sviluppo, compresa la ricostruzione della sua industria manifatturiera nazionale dei semiconduttori. Uno studio ha stimato che gli Stati Uniti avrebbero bisogno di aumentare la loro forza lavoro di produzione di chip del 50% per sostituire l’Asia come centro per la produzione di chip, con talenti che dovrebbero provenire dall’estero, compresa la Cina.
