Nuove frontiere nella simulazione quantistica: il cristallo semiconduttore

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Realizzato dal Cnr un simulatore che replica la struttura del grafene e apre la strada a una nuova classe di nano-dispositivi per studiare il mondo quantistico…

Un team di ricercatori dell’Istituto nanoscienze del Consiglio nazionale delle ricerche (Nano-Cnr) e della Columbia University, con le Università di Nimega, Missouri e Princeton, ha realizzato in un cristallo semiconduttore una struttura artificiale capace di simulare i comportamenti quantistici della materia. Cuore del dispositivo è un reticolo esagonale, modellato con precisione nanometrica sulla superficie del semiconduttore, che riproduce la struttura esagonale del reticolo del grafene. Il risultato rappresenta il primo passo verso la realizzazione di una nuova classe di simulatori quantistici a stato solido.

Lo studio, condotto da Vittorio Pellegrini e Marco Polini del laboratorio Nest di Nano-Cnr e della Scuola normale superiore di Pisa, con Aron Pinczuk della Columbia University, è pubblicato questa settimana sulla rivista Science.

Per studiare fenomeni quantistici difficili da sondare direttamente, i fisici usano sistemi artificiali costruiti ad hoc che possono essere controllati e manipolati in laboratorio, detti simulatori quantistici. Messi a punto solo in anni recenti, questi simulatori sono basati su tecnologie di tipo diverso. Il nuovo dispositivo è il primo basato su un materiale semiconduttore con lo scopo di studiare il comportamento quantistico degli elettroni.

Fenomeni come la superconduttività ad alta temperatura, certi tipi di ferromagnetismo e stati ‘esotici’ della materia come i liquidi di spin, sono l’effetto delle mutue interazioni quantistiche tra gli elettroni – ha spiegato Marco Polini, del laboratorio Nest -. Calcolare in modo esatto il comportamento di tali sistemi complessi è un compito impossibile anche per i più potenti computer. I simulatori quantistici permettono di aggirare il problema, imitando il sistema quantistico ‘incalcolabile’ con uno artificiale e controllabile che ne riproduce la dinamica“.

Il prototipo è stato testato con un primo run che ha generato un singolare stato quantistico. “I primi dati raccolti sono promettenti e dimostrano le potenzialità del nostro dispositivo – ha affermato Vittorio Pellegrini -. La fase successiva di questo studio è sviluppare ulteriormente il dispositivo. Confidiamo nella possibilità di creare le condizioni per esplorare nuovi stati quantistici che potrebbero, in futuro, portare a dispositivi ancora più avanzati e ad applicazioni, per esempio, nel campo dell’elaborazione avanzata d’informazione o nella crittografia“.

Fonte:www.tecnici.it



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