Dispositivi quantistici (Canva) - systemscue.it
Un nuovo studio sul grafene e sui dispositivi quantistici, rivela nuove informazioni sul trasporto elettronico.
Il trasporto di elettroni nel grafene a doppio strato, rivela una forte dipendenza dagli stati di bordo, e da meccanismi di trasporto non locali. Uno studio recente, guidato dal professor Gil-Ho Lee, e dal dottorando Hyeon-Woo Jeong, del Dipartimento di Fisica di POSTECH; in collaborazione con i ricercatori giapponesi Kenji Watanabe e Takashi Taniguchi, dell’Istituto Nazionale per la Scienza dei Materiali, ha portato a nuove scoperte, in quest’ambito. I cui risultati, son stati pubblicati sulla prestigiosa rivista di nanotecnologie, “Nano Letters”.
Il grafene a doppio strato, costituito da due fogli di grafene impilati verticalmente, presenta una caratteristica unica: ovvero, la modulazione del gap di banda elettronica, attraverso campi elettrici esterni. Proprietà essenziale, per il controllo del trasporto di elettroni; e che apre nuove prospettive per la “valleytronics”, tecnologia emergente che utilizza le valli quantistiche nella struttura energetica degli elettroni (come unità di archiviazione e trasporto dati). Rispetto ai paradigmi tradizionali, come l’elettronica convenzionale o la spintronica, la valleytronics promette una gestione delle informazioni più efficiente e veloce.
Al centro di quest’innovazione, vi è l’Effetto Valley Hall (VHE), un fenomeno in cui gli elettroni si muovono in modo selettivo, attraverso specifiche valli quantistiche. Un effetto che produce resistenze non locali, segnali elettrici che si manifestano anche in assenza di un flusso di corrente diretta. Ciò nonostante, il VHE è ancora oggetto di dibattito, poiché alcuni studiosi ipotizzano che impurità di bordo, o difetti di fabbricazione, possano generare segnali simili, confondendo l’interpretazione dei dati sperimentali.
Per chiarire quest’ambiguità, i ricercatori hanno sviluppato un dispositivo a doppio cancello in grafene, capace di regolare, con precisione, il gap di banda. Ragion per cui, confrontando le proprietà elettriche di bordi naturali in grafene, e bordi ottenuti tramite incisione agli ioni reattivi, hanno osservato comportamenti distinti. I bordi naturali, mostravano resistenze non locali, in linea con le previsioni teoriche; i bordi incisi, valori di resistenza significativamente superiori. Indicando la presenza di percorsi conduttivi, non correlati al VHE.
Questa discrepanza, ha permesso di identificare l’influenza dei processi di fabbricazione, sulle proprietà di trasporto elettronico. L’incisione, se non eseguita con accorgimenti specifici, introduce difetti che alterano il comportamento del grafene, e compromettono l’affidabilità delle misurazioni. Un risultato che sottolinea, perciò, la necessità di tecniche di produzione più precise, al fin di sviluppare dispositivi efficienti, di valleytronics.
Non a caso, grazie alla sua capacità di sfruttare le valli energetiche come unità logiche, potrebbe rivoluzionare settori come l’informatica quantistica, e le telecomunicazioni. Sebbene, la corretta interpretazione dei fenomeni di trasporto elettronico, richieda una conoscenza approfondita dei meccanismi che regolano il comportamento del grafene. Oltre, ovviamente, a una gestione accurata delle sue caratteristiche strutturali.
Hyeon-Woo Jeong, primo autore dello studio, ha evidenziato come queste scoperte abbiano messo in luce un aspetto trascurato, nella produzione dei dispositivi: ossia, l’importanza del trattamento dei bordi. Secondo Jeong, il miglioramento delle tecniche di incisione, potrebbe rappresentare un passo decisivo, verso lo sviluppo di dispositivi valleytronics più stabili e performanti.
In definitiva, possiamo dire che lo studio contribuisce a comprendere meglio, i fattori che influenzano il trasporto elettronico nel grafene a doppio strato. Fornendo, allo stesso tempo, indicazioni cruciali per la progettazione di nuovi dispositivi, basati su questa tecnologia. Il potenziale di valleytronics, supportato da ricerche come questa, si prospetta, dunque, una delle chiavi di volta per l’evoluzione dell’elettronica del futuro. Con implicazioni le quali, potrebbero estendersi ben oltre l’informatica tradizionale.