Nuove soluzioni per le tecnologie quantistiche

Un metodo nuovo messo a punto nei laboratori Nest dell'Istituto nanoscienze (Nano) del Consiglio nazionale delle ricerche e della Scuola normale superiore di Pisa permette di manipolare gli elettroni in un semiconduttore in maniera controllata, aprendo nuove possibilità per il calcolo quantistico. Il risultato è frutto di una collaborazione tra ricercatori sperimentali e fisici teorici del laboratorio Nest di Pisa, insieme all'Istituto per l'officina dei materiali del Cnr. Lo studio è pubblicato sulla rivista 'Physical review letters'.

I materiali semiconduttori, già alla base dell'elettronica del presente, sono considerati tra i sistemi più promettenti per la nanoelettronica del futuro. In particolare, per realizzare quelle che i fisici chiamano reti quantistiche.

Al laboratorio Nest i ricercatori hanno sfruttato le proprietà di un semiconduttore in presenza di un effetto noto ai fisici come 'effetto Hall quantistico'. "È un fenomeno che si verifica in un cristallo semiconduttore bidimensionale posto a bassissime temperature e in intenso campo magnetico", spiega Fabio Taddei fisico teorico del Nest. "In queste condizioni, la parte interna del cristallo diventa un robustissimo isolante, mentre ai bordi si formano canali speciali spessi pochi nanometri, detti canali di bordo, dove gli elettroni si muovono senza dissipazione perché impurità e difetti presenti nel cristallo vengono aggirati senza perdite di energia. Essere in grado di controllare questi 'binari perfetti' che trasportano corrente in maniera non dissipativa e impiegarli in dispositivi concreti potrebbe rivoluzionare la nanoelettronica del futuro".

Nell'esperimento, condotto su un cristallo di areseniuro di gallio, il campo magnetico è stato fissato in modo da ottenere ai bordi del cristallo solamente due canali. "Utilizzando dei nano-pettini in materiale ferromagnetico", continua il fisico, "abbiamo generato fenomeni di interferenza quantistica che, a loro volta, permettono di far saltare gli elettroni da un binario all'altro in maniera controllata, preservando le loro proprietà quantistiche".

Il risultato ottenuto dai ricercatori del Nest è ottenuto con una tecnica relativamente semplice, che impiega semiconduttori normalmente usati nell'industria elettronica. "Dal punto di vista delle applicazioni", conclude Taddei, "questo risultato è la base per realizzare circuiti più complessi che comprendano diversi 'scambi' tra i due binari, che potrebbero diventare uno dei mattoni di base dei sistemi per il calcolo e l'informazione quantistica".

La ricerca è stata finanziata dal Miur tramite il progetto Firb-Ideas e dalla Comunità Europea tramite i progetti Solid e NanoCTM.

Fonte: Fabio Taddei, Nest Istituto Nanoscienze del Cnr, Pisa, tel. 050/509038 , email fabio.taddei@nano.cnr.it