Un gruppo di ricerca internazionale, composto da fisici del Cnr, dell’Università 'Sapienza’ di Roma e della statunitense Rutgers University, ha studiato una particolare classe di nano-materiali in grado di far 'viaggiare’ segnali luminosi ed elettrici su distanze macroscopiche senza incontrare ostacoli.
Siamo nel campo della 'plasmonica’, quel settore della fisica che studia le interazioni tra la radiazione elettromagnetica e i metalli e, in particolare, la capacità delle onde collettive generate dagli elettroni nei metalli, i cosiddetti plasmoni, di propagare segnali di tipo elettrico o luminoso. La plasmonica unita alle nanotecnologie trova applicazione in diversi campi: dalla chimica, alla biologia, dall'elettronica all'informatica. In questo caso, lo studio apre interessanti prospettive applicative soprattutto relativamente all’ottica e alla propagazione di segnali.
“Il nostro studio si è concentrato sugli isolanti topologici, materiali che hanno proprietà di isolanti elettrici al loro interno, ma presentano, invece, caratteristiche metalliche sulla superficie”, spiega Stefano Lupi dell’Istituto officina dei materiali del Cnr e della 'Sapienza’. “Abbiamo investigato lo strato metallico dello spessore di pochi nanometri che si forma spontaneamente sulla superficie di separazione tra il materiale e il vuoto: su questa interfaccia si muovono elettroni senza massa, i cosiddetti elettroni di Dirac, che si sono dimostrati in grado di trasportare corrente elettrica in modo ottimale, superando le barriere della diffrazione e dell’attrito”.
Lo studio ha permesso di superare un importante limite applicativo in quanto prefigura la possibilità di propagare corrente e segnali luminosi anche a temperatura ambiente. “Nei metalli convenzionali, le proprietà delle onde plasmoniche a temperatura ambiente degradano fortemente per effetto degli urti degli elettroni nel materiale che li ospita”, spiega ancora Lupi. “La nostra ricerca dimostra invece che i plasmoni formati dagli elettroni di Dirac negli isolanti topologici non subiscono effetti di degradazione delle loro proprietà e possono propagarsi anche a temperatura ambiente: una scoperta che può potenzialmente rivoluzionare il settore della trasmissione di informazioni”.
Il team italiano che ha formato la ricerca, pubblicata su 'Nature Nanotechnology’, è composto anche da Paolo Calvani e P. Di Pietro dell’Istituto Spin-Cnr di Genova; Michele Ortolani, Alessandra Di Gaspare e Valeria Giliberti dell’Istituto di fotonica e nanotecnologie del Cnr di Roma.
Fonte: Stefano Lupi, Istituto officina dei materiali, CNR, Trieste, tel. 06/49913491
Per saperne di più: Nature Nanotechnology (2013) doi:10.1038/nnano.2013.134
