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martedì 1 settembre 2009

DNA Origami aiuterà la legge di Moore.


Origami è una parola giapponese che può essere tradotta in "piegatura della carta"; questa tecnica utilizzata su scala nanometrica, consiste nel flettere, congiungere e ripiegare su se stessi, dei filamenti di DNA.
Il DNA Origami è la prima dimostrazione di un possibile utilizzo di molecole biologiche per l'industria dei semiconduttori. L’industria nanoelettronica sta affrontando difficili sfide centrate sullo sviluppo della tecnologia litografica per dimensioni inferiori ai 22 nm, esplorando obbligatoriamente nuove classi di transistori come i nanotubi al carbonio o nanofili al silicio. Un altro filone di ricerca ha pensato di usare molecole di DNA come impalcature, dette DNA origami, dove milioni di nanotubi al carbonio avrebbero la possibilità di depositarsi e assemblarsi in modelli precisi.
Il declino della legge di Moore è una convinzione che coinvolge numerose personalità del settore elettronico, che sempre più spesso mettono in discussione gli enunciati della celebre regola.
La legge di Moore, definibile più come una supposizione che non una legge scientifica, afferma che l'evoluzione elettronica porta ad un raddoppio della capacità elaborativa dei microprocessori ogni 18 mesi; ad oggi tale supposizione si è dimostrata esatta, ma con il passare del tempo lo scaling tende ad avvicinarsi sempre di più ai limiti fisici della materia, creando i presupposti per nuove sfide tecnologiche, che potrebbero consolidare l’intuizione di Moore.
Infatti, la principale tecnica impiegata per tentare di aumentare le capacità di calcolo dei microprocessori è stata quella di ridurre lo spessore dello strato di ossido che costituisce la giunzione dei transistor e di limitare al massimo lo strato isolante che divide un transistor dall'altro. Esistono, però, dei limiti dimensionali sotto ai quali non è possibile scendere senza compromettere l'effettiva funzionalità del transistor stesso.
Molti sono i pareri che questo processo produttivo, di tipo top down, non possa essere sensibilmente migliorato, e che quindi vada sostituito, determinando conseguentemente un preciso punto di criticità della tecnologia al silicio.
La nascita di nuovi problemi e nuove sfide porterà alla progettazione di innovativi sistemi tecnologici quali il DNA Origami, basato sulle sopra citate impalcature di DNA.
Queste impalcature di DNA sono formate da un filamento che spontaneamente si piega a formare un ottaedro di dimensioni nanoscopiche grande quanto altre strutture biologiche come piccoli virus e ribosomi, costituendo una specie di reticolo tridimensionale molto compatto, formato da dodici bordi, sei spigoli e otto facce triangolari.
La tecnica dei nano-origami è quella di fabbricare i cardini della struttura a partire da una coppia di strati di materiale con spaziature atomiche leggermente differenti. La mancata corrispondenza strutturale provoca una tensione meccanica che flette il cardine, determinando la piegatura spontanea del filamento.
Si è notato come tutti i dodici bordi abbiano la medesima sequenza di neuclotidi, determinando in questo modo delle strutture molto uniformi, adatte ad essere impiegate come elementi base di sistemi più complessi.
Per la cronaca, tra le prossime tecnologie studiate ed analizzate da molti esperti del settore nanoelettronico che potranno avere una crescita esponenziale, convalidando ancora i presupposti della legge di Moore, ci sono le connessioni ottiche, che aumenteranno di otto volte, rispetto ai tradizionali microcircuiti in rame, la velocità di spostamento dei dati tra i semiconduttori; e i chip 3D (quelli realizzati su tre dimensioni), capaci di sfruttare al meglio lo spazio, incrementando la densità dei circuiti, riducendo i consumi energetici ed aumentando le performance; a queste tecnologie aggiungerei anche quella, altrettanto promettente, del DNA Origami.