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NANO-SIMULATORI ISPIRATI AL GRAFENE: UNA FINESTRA SUL MONDO QUANTISTICO

Categoria // Ricerca di base e Finanziamenti, Grafene

Dalla collaborazione tra il laboratorio Nest dell’Istituto nanoscienze del Cnr e la Columbia University, nasce un prototipo di simulatore che replica la struttura del grafene e apre la strada a una nuova classe di nano-dispositivi in grado di sondare il mondo quantistico. Lo studio è pubblicato su Science.

Nano-simulatori ispirati al grafene per studiare i fenomeni quantistici
Nano-simulatori ispirati al grafene per studiare i fenomeni quantistici

Per indagare i fenomeni quantistici, quelli che descrivono il comportamento della materia e della radiazione elettromagnetica nel piccolissimo - a scale di lunghezza inferiori a quelle dell'atomo o a energie nella scala delle interazioni interatomiche - i fisici usano appositi simulatori costruiti ad hoc che permettono di analizzare meccanismi non calcolabili in condizioni reali.

Per spiegare, quindi, i particolari comportamenti degli elettroni all’interno di un reticolo di grafene, materiale dalle sorprendenti proprietà elettroniche, i ricercatori dell’Istituto nanoscienze del Consiglio nazionale delle ricerche (Nano-Cnr) e della Columbia University, in collaborazione con le Università di Nimega, Missouri e Princeton, hanno realizzato un nano-dispositivo, all’interno di un cristallo semiconduttore di Arseniuro di Gallio, che riproduce esattamente la struttura di uno strato di grafene.

Questo dispositivo artificiale permette agli studiosi di alterare in maniera pilotata alcuni parametri chiave e di analizzare le interazioni tra elettroni.

«Fenomeni come la superconduttività ad alta temperatura, certi tipi di ferromagnetismo e stati “esotici” della materia come i liquidi di spin, sono l'effetto delle mutue interazioni quantistiche tra gli elettroni - spiega Marco Polini, del laboratorio Nest e Scuola normale superiore di Pisa, che ha condotto la ricerca pubblicata su Science insieme al collega Vittorio Pellegrini e ad Aron Pinczuk della Columbia University -Calcolare in modo esatto il comportamento di tali sistemi complessi è un compito impossibile anche per i più potenti e dedicati computer. I simulatori quantistici permettono di aggirare il problema, imitando il sistema quantistico “incalcolabile” con uno artificiale e controllabile che ne riproduce la dinamica».

La prima fase di test ha messo in luce risultati promettenti, ora i ricercatori vogliono sviluppare ulteriormente le potenzialità del dispositivo per arrivare a esplorare nuovi stati quantistici che potrebbero, in futuro, portare ad applicazioni, per esempio, nel campo dell'elaborazione avanzata d’informazione o nella crittografia.

 

La Redazione

Pubblicato:

Giovedì, 17 Gennaio 2013

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