Costruita con la luce la 'molecola elettronica'

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Due elettroni  intrappolati nello spazio di pochi nanometri all'interno di un nanocristallo semiconduttore. A eseguire per la prima  volta la misura della loro configurazione, definita di 'molecola elettronica', del tutto analoga a quella di una molecola biatomica, un team di ricerca internazionale che ha coinvolto Vittorio Pellegrini del Laboratorio Nest-Cnr e della Scuola Normale Superiore di Pisa e Massimo Rontani del Centro S3-Cnr di Modena (due strutture di ricerca confluite assieme al Centro Nnl di Lecce nel nuovo Istituto di nanoscienze del Cnr), in collaborazione con colleghi della  Columbia University e dei Bell Laboratories.

Il risultato è stato ottenuto grazie a una nuova tecnica per controllare il numero di elettroni all'interno dei punti quantici (nanocristalli semiconduttori: illuminando questa 'nanotrappola' con un fascio di luce laser, i ricercatori hanno potuto rimuovere o  aggiungere gli elettroni, uno alla volta. Con questa tecnica ultraprecisa ne sono stati isolati due soli misurando le loro energie: calcoli teorici eseguiti dai ricercatori di Modena hanno poi chiarito che all'interno della nanotrappola questi elettroni si muovono con moto vibratorio del tutto analogo a quello che si osserva per gli atomi di una molecola biatomica.

Gli elettroni confinati in un nanocristallo sono di grande interesse per la computazione quantistica, per questo la sfida è manipolarli con precisione. "Precisione che solitamente si ottiene con metodi elettrici", spiega Vittorio Pellegrini, che ha curato la parte sperimentale, "con l'inconveniente però che un cristallo di pochi nanometri raggiunto da contatti elettrici viene inevitabilmente ricoperto da strati di metallo. Il nostro metodo ha la stessa capacità di rimuovere un singolo elettrone ma non è invasivo: la manipolazione con la luce lascia intatti i nanocristalli e questo rende più facile studiare le proprietà degli elettroni confinati all'interno".

La 'molecola elettronica' è uno stato predetto dalla teoria ma finora mai misurato direttamente. "Il moto degli elettroni confinati è dettato dalla combinazione di due effetti che tende a farli stare lontani, dovuta alle cariche negative che si respingono, e il confinamento nella nanostruttura che al contrario il costringe vicini", commenta Massimo Rontani del Centro S3 di Modena che ha curato invece la parte teorico-computazionale della ricerca. "Il risultato è che gli elettroni oscillano con uno moto vibrazionale classico, come se fossero collegati da una molla. Il nostro studio è la prima misura di queste energie vibrazionali fondamentali di una molecola elettronica".

Fonte: Maddalena Scandola, Istituto di nanoscienze - Modena , email comunicazione@nano.cnr.it -

Per saperne di più: - www.nano.cnr.it