Scienziati dello Swiss Nanoscience Institute e dell'Università di Basilea sono riusciti ad accoppiare un punto quantico estremamente piccolo con 1, Nanofilo a forma di tromba 000 volte più grande. Il movimento del nanofilo può essere rilevato con una sensibilità di 100 femtometri tramite la lunghezza d'onda della luce emessa dal punto quantico. Al contrario, l'oscillazione del nanofilo può essere influenzata dall'eccitazione del punto quantico con un laser. Comunicazioni sulla natura pubblicato i risultati.

I team del professor Richard Warburton e del professor Martino Poggio di Argovia del Dipartimento di Fisica e dello Swiss Nanoscience Institute dell'Università di Basilea hanno lavorato con i colleghi dell'Università delle Alpi di Grenoble e della Commissione per le energie alternative e l'energia atomica (CEA) di Grenoble per accoppiare un risonatore meccanico microscopico con un punto quantico su nanoscala. Hanno usato nanofili fatti di arseniuro di gallio che sono lunghi circa 10 micrometri e hanno un diametro di pochi micrometri nella parte superiore. I fili si assottigliano bruscamente verso il basso e quindi sembrano minuscole trombe disposte sul substrato. Vicino alla base, che è larga solo circa 200 nanometri, gli scienziati hanno posizionato un singolo punto quantico in grado di emettere singole particelle di luce (fotoni).

Eccitazioni portano a ceppi

Se il nanofilo oscilla avanti e indietro a causa dell'eccitazione termica o elettrica, la massa relativamente grande all'estremità larga della nano-tromba produce grandi deformazioni nel filo che influenzano il punto quantico alla base. I punti quantici vengono schiacciati insieme e separati; di conseguenza, la lunghezza d'onda e quindi il colore dei fotoni emessi dal punto quantico cambiano. Sebbene i cambiamenti non siano particolarmente grandi, microscopi sensibili con laser molto stabili - sviluppati appositamente a Basilea per tali misurazioni - sono in grado di rilevare con precisione le variazioni di lunghezza d'onda. I ricercatori possono utilizzare le lunghezze d'onda spostate per rilevare il movimento del filo con una sensibilità di soli 100 femtometri. Si aspettano che eccitando il punto quantico con un laser, l'oscillazione del nanofilo può essere aumentata o diminuita a piacimento.

Usi potenziali nella tecnologia dei sensori e dell'informazione

"Siamo particolarmente affascinati dal fatto che sia possibile un collegamento tra oggetti di dimensioni così diverse, " dice Warburton. Ci sono anche varie potenziali applicazioni per questo reciproco accoppiamento. "Ad esempio, possiamo usare questi nanofili accoppiati come sensori sensibili per analizzare campi elettrici o magnetici, " spiega Poggio, che sta studiando le possibili applicazioni con la sua squadra. "Potrebbe anche essere possibile posizionare diversi punti quantici sul nanofilo, usare il movimento per collegarli insieme e quindi trasmettere informazioni quantistiche, "aggiunge Warburton, il cui gruppo si concentra sul diverso uso dei punti quantici nella fotonica.

Atomi artificiali con proprietà speciali

I punti quantici sono nanocristalli, e sono anche conosciuti come atomi artificiali perché si comportano in modo simile agli atomi. Con un'estensione tipica da 10 a 100 nanometri, sono significativamente più grandi degli atomi reali. La loro dimensione e forma, così come il numero di elettroni, può variare. La libertà di movimento degli elettroni nei punti quantici è significativamente limitata; gli effetti quantistici risultanti conferiscono loro un'ottica molto speciale, proprietà magnetiche ed elettriche. Per esempio, i punti quantici sono in grado di emettere singole particelle di luce (fotoni) dopo l'eccitazione, che può quindi essere rilevato utilizzando un microscopio laser su misura.