Un capello umano misura tra 50 e 100 micrometri. I nanotubi presentati il 4 giugno 2026 sulla rivista Science dal gruppo dell'Università di Tokyo ne misurano uno: un singolo nanometro, 100mila volte meno. È la prima volta che strutture semiconduttrici scendono a questo livello mantenendo ordine atomico riproducibile.
Tubo dentro tubo: come funziona il nuovo materiale
Il gruppo guidato da Yusuke Nakanishi, del dipartimento di Scienza dei materiali avanzati dell'Università di Tokyo, ha cresciuto fili di disolfuro di molibdeno (MoS2) confinati dentro una guaina di nitruro di boro esagonale. Il MoS2 è un semiconduttore bidimensionale con banda proibita diretta di 1,8 elettronvolt; il nitruro di boro è un isolante con struttura simile al grafene e banda proibita di quasi 6 elettronvolt. L'uno trasporta gli elettroni, l'altro li tiene incanalati senza disperderli. Il paper su Science, intitolato Confined growth of armchair MoS2 nanotubes at the 1-nm limit, descrive una procedura che produce strutture ordinate a livello atomico con diametro di un nanometro, configurazione armchair fissata in tutto il campione.
I metodi tradizionali di crescita non scendevano sotto i 10 nanometri di diametro e producevano profili irregolari, con difetti distribuiti in modo imprevedibile. La differenza non è cosmetica: nei nanomateriali una variazione di pochi atomi cambia banda proibita, mobilità degli elettroni e comportamento elettrico. Senza riproducibilità non c'è transistor industriale. Nakanishi parla di controllo strutturale a livello atomico come del vantaggio principale del metodo giapponese, condizione necessaria perché un dispositivo si comporti allo stesso modo da una fonderia all'altra.
Un nanometro mentre TSMC parte col 2
Il contesto industriale spiega perché il risultato di Tokyo conta. TSMC ha avviato la produzione di volume del nodo a 2 nanometri nel quarto trimestre del 2025; Intel ha lanciato il processo 18A nello stesso periodo, Samsung ha programmato l'1,4 nanometri per il 2027. Tutti restano dentro il silicio. Sotto i 3 nanometri il silicio inizia però a soffrire il tunneling quantistico fra source e drain: la corrente passa anche quando il transistor dovrebbe essere spento, e l'efficienza cala.
I nanotubi di Tokyo aggirano questo limite cambiando materia prima. Un transistor costruito con MoS2 e nitruro di boro non scala come il silicio: i due materiali 2D mantengono caratteristiche elettriche definite anche a spessore di un singolo strato atomico. È la prima volta che il limite di un nanometro, posto come bersaglio teorico dieci anni fa, viene raggiunto in laboratorio con controllo riproducibile. Sumio Iijima aveva osservato i primi nanotubi di carbonio nel 1991 pubblicando il risultato su Nature: trentacinque anni di lavoro hanno portato da diametri di decine di nanometri a un singolo nanometro, da carbonio a semiconduttori veri.
Quanto manca al mercato e dove sta l'Europa
Gli autori avvertono che le applicazioni pratiche restano lontane. I nuovi tubi devono diventare più lunghi, vanno testati con materiali magnetici e superconduttori, serve un processo compatibile con la fabbricazione di milioni di unità. Tradotto: prototipi in laboratorio, fonderie su scala industriale ancora con il silicio. La distanza è di anni, non solo di nanometri.
L'Europa intanto investe per non restare fuori dalla partita. Il Chips Act dell'Unione Europea mobilita 43 miliardi di euro fino al 2030 con l'obiettivo di portare la quota europea della produzione mondiale al 20%. L'Italia destina 2,05 miliardi del PNRR a microelettronica e centri di trasferimento tecnologico. La parte più sperimentale della filiera, quella che oggi nasce a Tokyo, può crescere altrove solo se i materiali 2D smettono di essere un capitolo accademico e diventano un nodo della catena del valore continentale.
La storia dei materiali avanzati racconta cicli simili. Anche il diamante sintetico più duro di quello naturale è nato in laboratorio prima di trovare un'applicazione industriale. La differenza con l'elettronica è la finestra temporale: la roadmap delle fonderie copre già il 2027 e ogni anno di ritardo sposta i nuovi materiali un nodo più indietro. Chi vuole entrare nella prossima generazione di chip ha due scelte, integrare oggi le linee di ricerca sui materiali 2D nei propri programmi industriali o limitarsi a comprare quello che decidono Taiwan e Corea.
Domande frequenti
Cosa rende i nanotubi semiconduttori dell'Università di Tokyo unici rispetto ai precedenti?
Sono i primi nanotubi semiconduttori prodotti con diametro di un solo nanometro e con un ordine atomico riproducibile, superando i limiti di irregolarità e dimensione dei metodi tradizionali.
Quali materiali sono stati utilizzati per realizzare questi nanotubi e quale funzione svolgono?
I nanotubi sono composti da fili di disolfuro di molibdeno (MoS2) racchiusi in una guaina di nitruro di boro esagonale. Il MoS2 funge da semiconduttore trasportando gli elettroni, mentre il nitruro di boro agisce da isolante mantenendo incanalati gli elettroni senza dispersioni.
Quali vantaggi offrono questi nanotubi rispetto ai transistor tradizionali in silicio?
A differenza del silicio, i materiali 2D come MoS2 e nitruro di boro mantengono proprietà elettriche definite anche a spessori atomici, evitando fenomeni di tunneling quantistico che riducono l'efficienza dei transistor sotto i 3 nanometri.
Quando potranno essere utilizzati questi nanotubi in applicazioni pratiche o industriali?
Le applicazioni pratiche sono ancora lontane: è necessario estendere la lunghezza dei nanotubi, testarli con altri materiali e sviluppare processi produttivi su scala industriale. Il passaggio dal laboratorio al mercato richiederà ancora diversi anni.
Qual è la posizione dell'Europa nel settore dei materiali avanzati per la microelettronica?
L'Europa sta investendo attraverso il Chips Act e il PNRR per aumentare la quota di produzione mondiale e promuovere la ricerca sui materiali 2D, ma la filiera più avanzata è attualmente guidata dalle innovazioni sviluppate in Asia.
