Roma – Un team internazionale di studiosi ha confermato sperimentalmente l’esistenza delle cosiddette “cicatrici quantistiche”, percorsi comuni e definiti imboccati dagli elettroni in stato di confinamento. La scoperta svela l’esistenza di schemi più regolari anche nel caotico mondo della fisica quantistica e apre le porte allo sviluppo di sistemi elettronici ad alta efficienza. Lo studio è stato guidato dal fisico dell’ Università della California (UC) – Santa Cruz, Jairo Velasco, Jr, e pubblicato su Nature. Gli elettroni, elementi costitutivi degli atomi, mostrano sia le proprietà delle particelle che delle onde.
Si comportano in modi che sono spesso controintuitivi e, in certe condizioni, le loro onde possono interferire tra loro. Per dimostrare che in condizioni di confinamento gli elettroni, a causa di questa interferenza reciproca, si incanalano in percorsi ben definiti detti appunto “cicatrici quantistiche” nel laboratorio di Velasco è stata necessaria una combinazione complessa di tecniche di imaging avanzate e un controllo preciso sul comportamento degli elettroni all’interno del grafene, un materiale ampiamente utilizzato nella ricerca perché le sue proprietà uniche e la struttura bidimensionale lo rendono ideale per osservare gli effetti quantistici. Nel suo esperimento, il team di Velasco ha utilizzato la sonda a punta fine di un microscopio a scansione a effetto tunnel per creare una “trappola” per elettroni e poi una superficie di grafene per rilevare i movimenti degli elettroni senza disturbarli fisicamente. L’esperimento ha confermato la presenza di percorsi definiti. Il fatto che gli elettroni seguano orbite chiuse in uno spazio confinato vuol dire che le proprietà della particella subatomica sono meglio preservate mentre si sposta da un punto all’altro, secondo Velasco. Questo ha vaste implicazioni per l’elettronica di tutti i giorni, in quanto le informazioni codificate nelle proprietà di un elettrone possono – in condizioni di confinamento – essere trasferite senza perdite, il che si tradurrebbe presumibilmente in transistor a basso consumo e altamente efficienti. “Uno degli aspetti più promettenti di questa scoperta è il suo potenziale utilizzo nell’elaborazione delle informazioni”, ha affermato Velasco. “Disturbando leggermente, o ‘spingendo’, queste orbite, gli elettroni potrebbero viaggiare in modo prevedibile attraverso un dispositivo, trasportando informazioni da un’estremità all’altra”. Le “cicatrici quantistiche” sono state teorizzate per la prima volta in uno studio del 1984 dal fisico dell’Università di Harvard Eric Heller. “La cicatrice quantistica non è una curiosità. Piuttosto, è una finestra sullo strano mondo quantistico”, ha detto Heller, anche lui coautore del paper pubblicato su Nature. “La cicatrice è una localizzazione attorno a orbite che ritornano su se stesse. Questi ritorni non hanno conseguenze a lungo termine nel nostro normale mondo classico: vengono presto dimenticati. Ma vengono ricordati per sempre nel mondo quantistico”. Con la teoria di Heller dimostrata, i ricercatori hanno ora le basi empiriche necessarie per esplorare potenziali applicazioni. I transistor odierni, già su scala nanoelettronica, potrebbero diventare ancora più efficienti incorporando progetti basati sulle cicatrici quantistiche, potenziando dispositivi come computer, smartphone e tablet, che si basano su transistor densamente impacchettati per aumentare la potenza di elaborazione. “Per studi futuri, abbiamo in programma di basarci sulla nostra visualizzazione delle cicatrici quantistiche per sviluppare metodi per sfruttare e manipolare gli stati delle cicatrici”, ha affermato Velasco. (30Science.com)
