Usare la simmetria per studiare l’effetto Hall quantistico. L’ultima ricerca del Nest

A riuscirci i fisici Stefano Roddaro, Nicola Paradiso, Vittorio Pellegrini, Lucia Sorba e Fabio Beltram del laboratorio NEST della Scuola Normale Superiore insieme al Laboratorio nazionale TASC di Trieste. Il lavoro pubblicato dalla Physical Review Letters.

Pisa, 26/08/09

Si intitola “Tuning non-linear charge transport between integer and fractional quantum Hall states” e potrebbe rappresentare un decisivo passo in avanti per lo studio dei computer quantici l’ultima scoperta messa a punto da un gruppo di scienziati del NEST (National Enterprise for nanoScience and nanoTechnology), il laboratorio creato congiuntamente nel 2001 dalla Scuola Normale Superiore e dall’Istituto Nazionale per la Fisica, ed oggi parte del Consiglio Nazionale delle Ricerche e dell’Istituto Italiano di Tecnologia.

Lavorando su elettroni in regime Hall quantistico, Stefano Roddaro, Nicola Paradiso, Vittorio Pellegrini, Lucia Sorba e Fabio Beltram, fisici del Laboratorio NEST della Scuola Normale Superiore, insieme a Giorgio Biasiol del Laboratorio TASC di Trieste, sono riusciti per primi a connettere, tramite una giunzione di scala nanometrica, una regione del dispositivo caratterizzata da cariche elettroniche intere con una in grado di supportare le esotiche cariche frazionarie la cui dimostrazione ha portato al premio Nobel del 1998 per i fisici R.B. Laughlin, H.L.Störmer e D.C. Tsui. Mettere in comunicazione questi due mondi così diversi presenta notevoli difficoltà tecniche, tuttavia gli scienziati del NEST vi sono riusciti sfruttando un piccolo trucco, basato sulla particolare simmetria del sistema fisico studiato.

Così come nel famoso detto del bicchiere mezzo pieno e mezzo vuoto una stessa situazione può essere guardata da diversi punti di vista, anche per gli elettroni nel regime Hall quantistico è possibile realizzare le diverse configurazioni sperimentali sia riempiendo opportunamente gli “spazi” a disposizione degli elettroni, sia, in modo equivalente, considerando piuttosto gli “spazi” lasciati liberi e ottenendo quindi una sorta di copia in negativo della configurazione di partenza. Questo stratagemma ha permesso di aggirare le difficoltà tecniche più stringenti e realizzare finalmente il dispositivo. Il risultato ottenuto costituisce un mattone fondamentale con un impatto sia sullo studio dei computer quantistici che sulla comprensione del meccanismo di conversione fra i due diversi portatori di carica.

Il lavoro è apparso sulla Physical Review Letters, una delle riviste specializzate più quotate in fisica, ed è stato poi selezionato dagli editori per un commento nella sezione Viewpoints della rivista Physics dell’American Physical Society. La selezione per i Viewpoints è estremamente rigorosa e solo un centinaio di articoli vi appaiono ogni anno rispetto alle decine di migliaia pubblicati annualmente dall’American Physical Society.

Da anni il NEST compie indagini scientifiche su sistemi nanostrutturati, valendosi di un approccio multidisciplinare che coinvolge fisici computazionali, sperimentali e teorici insieme a chimici e biologi.