Tecnologia più piccola che mai
La scienza comprende molti elementi non visibili, in particolare su scala quantistica. I dispositivi in miniatura come i sensori vengono costruiti per scienza e tecnologia grazie all'uso dei nanomateriali. Il progetto QDCN (Quantum devices based on carbon nanotubes), finanziato dall'UE, sta sviluppando un rilevatore ultra-sensibile che studia le proprietà elettriche delle singole molecole. Un tale dispositivo è costituito da elementi minuscoli chiamati nanotubi di carbonio (CNT), ognuno grande circa 1/50.000 di un capello umano. Per il funzionamento di questi dispositivi servono anche semiconduttori, ovvero materiali con una specifica conduttività elettrica. Un tipo di semiconduttore più recente e potete su scala in miniatura è chiamato punto quantico: potenzia la conduttività e si può usare per produrre dispositivi migliori rispetto a quelli attualmente disponibili. Per misurare le proprietà elettriche di una singola molecola, i punti quantici sono attaccati a solo un elettrodo rappresentato da un singolo CNT. Il vantaggio dell'uso di un CNT come elettrodo causa uno screening localizzato da parte dell'elettrodo, rendendo più accessibile lo studio della struttura elettronica dei punti semiconduttori. Si tratta di un approccio nuovo e più efficiente sviluppato dal progetto per creare sensori e rilevatori. Il nuovo layout del nanodispositivo semplifica notevolmente il processo di produzione rispetto ai dispositivi standard che usavano due elettrodi separati da uno spazio di alcuni nanometri. È un fatto importante dato che la produzione di tali dispositivi è alquanto difficile e richiede molto tempo, inoltre comprende diversi processi e un'attrezzatura complicata. La fase successiva del progetto prevedeva la caratterizzazione di questi nanodispositivi e la misurazione della loro precisione. Questo è stato ottenuto con una nuova tecnica chiamata "spettroscopia di conteggio elettronico" che comprende la misurazione a basse temperature. La tecnica consente ai ricercatori di esaminare le proprietà elettroniche dei punti quantici semiconduttori. È importante notare che consente loro di riempire o svuotare eventuali punti quantici semiconduttori con molti elettroni, un compito in precedenza oneroso. Oltre a creare il dispositivo di rilevamento, il progetto è diventato esperto in diverse tecniche di produzione dei nanodispositivi che devono occuparsi di molti processi e di molti strumenti su scala quantica. Questi includono dispositivi di nanotubi sospesi, dispositivi di grafene, quattro dispositivi di nanotubi dorati terminali e dispositivi di nanomotori catalitici. Inoltre i progressi del progetto consentono di manipolare l'energia di Fermi (ovvero l'energia a temperatura pari allo zero assoluto) per grandi quantità. Si tratta di un processo promettente per l'elettronica su nanoscala o molecolare, dato che l'ampia manipolazione energetica e la "separazione" in queste applicazioni è limitata. In generale, QDCN ha dimostrato che il rilevamento di singoli elettroni con un transistor CNT rappresenta una nuova strategia per studiare la separazione in energia tra i livelli discreti elettronici del punto quantico semiconduttore. In particolare ha dimostrato che i livelli elettronici di un punto quantico possono presentare un comportamento caotico, un fenomeno che negli ultimi decenni era stato esaminato solo in teoria.
