Gli elettroni intrappolati hanno una vita più lunga
Ricercatori in Francia, Germania, Svizzera e Regno Unito hanno scoperto nuove proprietà degli elettroni che potrebbero portare ad applicazioni utili in computer e laser. Lo studio, pubblicato sulla rivista Nature Materials, è stato in parte finanziato dal progetto IA-SFS ("Integrating activity on synchrotron and free electron laser science"), che era finanziato attraverso l'area tematica "Infrastrutture di ricerca" del Sesto programma quadro (6° PQ). Identificate come particelle alla fine del 19º secolo da scienziati britannici, gli elettroni svolgono un ruolo fondamentale in fenomeni come l'elettricità. In questo studio, il team europeo di ricercatori ha dimostrato che gli elettroni manifestano caratteristiche interessanti quando sono confinati in piccolissime strutture che misurano pochi nanometri. Più specificamente, il team è stato in grado di misurare per la prima volta la durata precisa di un elettrone eccitato. Questa nuova informazione potrebbe rivelarsi utile nello sviluppo di laser semiconduttori e applicazioni nell'elaborazione quantistica di informazioni, per esempio. In entrambe le aree della scienza, sarebbe molto vantaggioso essere in grado di allungare l'intervallo di tempo dal punto in cui un elettrone è in uno stato eccitato, ad alta energia, al punto in cui l'elettrone scende nuovamente allo stato fondamentale. I ricercatori sostengono che il loro studio spiana la strada "allo sviluppo di un dispositivo quantum-dot a terahertz, poiché fornisce le conoscenze fondamentali dei tempi di rallentamento del portatore necessarie per una progettazione ottimale del dispositivo". Negli ultimi vent'anni, i quantum dot (semiconduttori con elettroni confinati) sono stati sviluppati dai ricercatori su substrati di semiconduttori standard, come il materiale usato per creare lettori CD. Sebbene fino ad ora non era stato possibile determinare la durata degli elettroni (il cosiddetto "phonon bottleneck"), si era correttamente previsto che gli elettroni eccitati vivessero a lungo in questi quantum dot perché c'erano pochi modi di perdere l'energia. In questa recente ricerca, gli scienziati hanno progettato quantum dot che permetterebbero di testare rigorosamente la loro teoria rispetto a un'ampia gamma di parametri. Hanno specificamente separato i livelli di energia nei quantum dot e li hanno resi notevolmente più piccoli rispetto all'energia della "vibrazione del reticolo principale" (il movimento sincronizzato di un gruppo di atomi in un cristallo). La durata è stata misurata usando un laser a elettroni liberi - un particolare laser terahertz a impulsi brevi. Il team è stato quindi in grado di osservare la durata più lunga. Sebbene i ricercatori si affrettano a sottolineare che le loro scoperte differiscono in termini di punto di partenza all'originale phonon bottleneck, credono comunque che i loro risultati potrebbero portare innovazioni interessanti, in particolare dispositivi terahertz basati su quantum dot. Il laser a elettrone libero, che si trova presso il Forschungszentrum Dresden-Rossendorf, è sostenuto dal progetto IS-SFS.
Paesi
Germania