Il continuo miglioramento delle prestazioni dei sistemi elettronici per l’elaborazione dell’informazione si è storicamente basato sulla riduzione delle dimensioni fisiche dei dispositivi a semiconduttore. Attualmente, tali dimensioni, dell’ordine di una decina di nanometri, hanno raggiunto alcuni dei limiti fondamentali dei materiali e dei processi di fabbricazione. Pertanto, è nata una stringente necessità di investigare nuovi materiali e/o strutture innovative idonee a conseguire ulteriore progresso tecnologico. L'obiettivo è quello di ridurre il consumo di potenza e, contestualmente, incrementare le prestazioni. In questo contesto, stiamo perseguendo tre diverse linee di ricerca.
- La prima linea di ricerca attiva studia alcuni effetti fisici che sono divenuti sempre più importanti per una predizione accurata delle prestazioni dei dispositivi, come gli effetti di confinamento quantistico in strutture a dimensione nanometrica, l’effetto tunnel banda a banda e “source-to-drain”, e il trasporto quasi-balistico, che rende obsoleti i modelli classici di trasporto. Persegue inoltre la implementazione dei relativi modelli in strumenti di simulazione numerica sviluppati internamente. I simulatori commerciali sono oggi ampiamente utilizzati per l’ottimizzazione dei dispositivi in ambito industriale. Tuttavia, essi sono tuttora privi di modelli adeguati di importanza strategica per dispositivi di nuova concezione.
- La seconda linea di ricerca persegue lo studio di dispositivi dotati di una elevata pendenza sotto-soglia delle caratteristiche di trasferimento. Questa proprietà si rende necessaria per poter ridurre la tensione di alimentazione dei microcircuiti senza una penalizzazione delle loro prestazioni. Poiché i transistori standard hanno un limite superiore di tale pendenza dovuto alla distribuzione di Boltzmann degli elettroni nella loro coda ad alta energia, si rende necessario alterare tale distribuzione energetica facendo uso di filtri passa-alto che diano luogo ad una drastica riduzione della densità di elettroni ad alta energia. Questo obiettivo può essere perseguito in vario modo e, segnatamente, mediante transistori a effetto tunnel banda-banda, mediante l'inserimento di un superreticolo immediatamente a monte del source o, infine, utilizzando la struttura a bande di materiali bidimensionali come il grefene nei dispositivi cosiddetti "Dirac source". Questa attività è perseguita nell'ambito di un progetto Europeo in corso di svolgimento.
- Studi maturati gradualmente negli ultimi due decenni hanno aperto la strada alla possibile applicazione della meccanica quantistica alla teoria dell’informazione. L’obiettivo di questa ricerca è quello di dimostrare la fattibilità di un sistema fisico a stato solido che possa realizzare processi di computazione reversibili, e non dissipativi, come quelli utilizzati nelle applicazioni digitali. Lo sfruttamento di proprietà quantistiche, come la sovrapposizione di stati quantici e l'entanglement, hanno reso possibile sviluppare strumenti di elaborazione quantica che consentono di superare i limiti dei sistemi classici per la soluzione di problemi np-completi. L'elaborazione quantica richiede infatti un tempo di elaborazione crescente con legge polinomiale, e non esponenziale, in funzione della complessità del problema e consente di affrontare problematiche non risolubili con mezzi convenzionali.
