Una tecnica per manipolare elettroni attraverso un raggio di luce che potrebbe aprire la strada a nuove applicazioni della meccanica quantistica nella tecnologia dell'informazione 
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team di fisici italiani di Pisa e Modena sono riusciti a isolare
pochissimi elettroni all'interno di una nanostruttura di un materiale
semiconduttore e a cambiarne le proprietà in modo controllato
illuminandoli con un fascio di luce laser. Una tecnica per manipolare
elettroni attraverso un raggio di luce che potrebbe aprire la strada a
nuove applicazioni della meccanica quantistica nella tecnologia
dell'informazione. Il risultato è stato pubblicato sul numero del 31 dicembre 2005 della prestigiosa rivista Physical Review Letters che dedica la copertina alle immagini delle "nano-trappole" in cui sono confinati gli elettroni. La scoperta giunge al termine di una ricerca durata tre anni condotta dai ricercatori dei laboratori CNR-INFM, NEST della Scuola Normale Superiore di Pisa e Centro S3 di Modena, e dell'Università di Modena e Reggio Emilia in collaborazione con Columbia University e laboratori Bell (USA). I ricercatori sono riusciti per la prima volta a colpire con un fascio di luce laser una manciata di elettroni e a modificare in modo controllato una delle loro proprietà intrinseche più rilevanti, lo "spin". Per ottenere questo risultato, i ricercatori del NEST della Scuola Normale hanno intrappolato pochi elettroni in minuscole strutture di materiale semiconduttore, e li hanno irraggiati con un fascio di luce laser. Grazie a calcoli teorici e alla risoluzione di equazioni quantistiche, i fisici del Centro S3 di Modena hanno potuto chiarire i fenomeni fisici che si verificano durante l'irraggiamento, e hanno confermato che la debole luce restituita dagli elettroni corrisponde alla variazione dello spin di esattamente quattro elettroni. Le "nano-trappole" per elettroni sono state ottenute da un cristallo purissimo di Arseniuro di Gallio, un materiale semiconduttore correntemente utilizzato nell'industria opto-elettronica. Il cristallo e' stato lavorato presso il centro NEST con complessi procedimenti di nano-fabbricazione fino ad ottenere una griglia regolare di minuscole strutture, dette punti quantici. Ogni punto quantico e' largo solo pochi nanometri (un nanometro e' pari a un miliardesimo di metro) e contiene appena qualche elettrone: in effetti, i ricercatori del Centro S3 di Modena tramite simulazioni al calcolatore sono stati in grado di "contare" gli elettroni in ciascun punto quantico e stabilire che il loro numero e' pari a quattro. La possibilità di manipolare lo spin di pochi elettroni attraverso la luce potrebbe aprire la strada a nuove tecniche di memorizzazione nella tecnologia dell'informazione. Come previsto dalle leggi della meccanica quantistica lo spin di un elettrone puo' assumere solo due valori, e questo lo rende simile ai bit degli usuali calcolatori che possono valere solo 0 e 1. Perciò potrebbe essere utilizzato per costruire elementi di memoria con dimensioni nanometriche, molto inferiori a quelle attuali. Inoltre lo spin degli elettroni e' poco influenzabile dal mondo esterno, e, in linea di principio, potrebbe mantenere il proprio valore per un tempo molto lungo. Ma proprio a causa della sua 'imperturbabilità', cambiare in modo controllato lo stato di spin degli elettroni rappresenta un sfida per la nanoscienza. I risultati di questa ricerca indicano un nuovo metodo, basato su lavorazione di materiali semiconduttori e impiego della luce, per controllare gli elettroni e il loro spin su scala nanometrica. Nella foto: "Nano-trappole" per elettroni su cristallo di Arseniuro di Gallio, realizzate dai ricercatori italiani Ezine realizzata da una
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