Misurate per la prima volta le vibrazioni di un pugno di elettroni in una nanostruttura

Racchiusi in una nano-trappola, gli elettroni continuano a muoversi mantenendo una perfetta coordinazione, anche in presenza di un campo magnetico. Un ulteriore passo verso il controllo della materia su scala nanometrica è stato compiuto grazie alle ricerche del Centro Nest-Infm di Pisa, condotte insieme ad un team di studiosi italo-statunitense.

Misurare le caratteristiche vibrazioni di pochi elettroni intrappolati in una regione di spazio larga solo pochi nanometri e scoprire nuovi importanti elementi per lo sviluppo della computazione quantistica. È quello che ha fatto un gruppo di scienziati dei centri INFM- NEST di Pisa, S3 di Modena, Dipartimento di Fisica dell’Università Modena e Reggio Emilia, in collaborazione con i colleghi dei Laboratori Bell di New York. I risultati della ricerca sono stati pubblicati sull’ultimo numero di Nature Physics, la più prestigiosa rivista internazionale nel settore della fisica fondamentale.

Per arrivare a sondare la natura più intima del comportamento della materia su scala nanometrica i fisici sono riusciti a intrappolare alcuni elettroni in una nanostruttura ‘scavata’ a partire da un cristallo purissimo di Arseniuro di Gallio, appositamente cresciuto presso i laboratori Bell di New York, e definito, per la sua grandezza di appena pochi miliardesimi di metri, ‘punto quantico’. I ricercatori del Centro Nest della Scuola Normale Superiore di Pisa sono riusciti a mettere in vibrazione gli elettroni intrappolati all’interno di questo punto quantico utilizzando un debolissimo fascio di luce Laser.

Gli elettroni hanno sviluppato una sorta di moto sincronizzato, di cui sono state misurate le frequenze caratteristiche. Dai calcoli era stato possibile prevedere che se gli scienziati avessero posto in rotazione gli elettroni all’interno dei punti quantici queste frequenze di vibrazione sarebbero rimaste inalterate a causa della limitatezza dello spazio. Così è puntualmente avvenuto: gli elettroni sono stati messi in rotazione utilizzando un debole campo magnetico che ha rivelato che le frequenze di vibrazione non dipendevano dalla velocità di rotazione, ma restavano invariate.

L’importanza di questa ricerca, come spiega Vittorio Pellegrini, ricercatore del Centro Nest – National Enterprise for nanoScience and nanoTechnology – della Scuola Normale Superiore di Pisa, è legata alla scoperta che gli elettroni messi in forte interazione tendono a formare delle strutture ordinate grazie alla loro localizzazione.

La ricerca si inserisce nel quadro della grande attenzione dedicata in questi anni dalla Normale al campo dell’informazione quantistica, un ambito di ricerca che potrebbe portare ad una nuova rivoluzione tecnologica nello sviluppo di Hardware e Software.