Tutto ciò che esiste nel mondo digitale:foto, tweet, corsi online, questo articolo è memorizzato come 1 e 0. A livello di software, queste informazioni sono scritte come codice informatico. A livello hardware, quel codice prende vita da miliardi di transistor che si accendono (1) e si spengono (0).

I transistor sono ovunque, dai computer e smartphone ai lettori MP3 e alle fotocamere digitali. Ma la potenza e l'efficienza dei transistor sono limitate dai materiali disponibili per costruirli.

Ora, i ricercatori della Northeastern University hanno fatto una scoperta che apre un nuovo campo esplorando i materiali per i transistor, fotorilevatori, elettronica flessibile, e altre applicazioni.

Il lavoro—pubblicato di recente sulla rivista Progressi scientifici —comprende cristalli 2-D, che sono materiali supersottili alti solo pochi atomi. La combinazione di due cristalli 2-D forma un'eterostruttura. Fino ad ora, i fisici pensavano che i cristalli 2-D dovessero essere molto simili, con tutti gli atomi per allinearsi perfettamente, per formare una nuova eterostruttura.

"Ma la natura ti lancia sempre una palla curva, "dice Arun Bansil, Illustre professore universitario di fisica e uno degli autori dell'articolo.

Il professore associato Swastik Kar è coautore del documento con Bansil e altri colleghi della Northeastern. Hanno osservato per la prima volta che due cristalli 2-D completamente dissimili possono essere disposti uno sopra l'altro, atomo per atomo, in modo tale che si incastrino quasi perfettamente e producano proprietà completamente nuove.

"Sarebbe come fare un club sandwich, " Kar ha detto. "Puoi avere qualcosa che sa di pane e qualcosa che sa di carne."

Ma la chiave, Bansil spiega, non si tratta solo di assemblare un panino dove poter gustare ogni strato separatamente. "Vuoi avere un po' di cucina in corso in modo da poter ottenere nuovi sapori".

Nel mondo della fisica della materia condensata, scoprire che due cristalli 2-D molto diversi possono formare un'eterostruttura è come combinare per la prima volta acqua e farina e creare un impasto. Lascia il posto a possibilità virtualmente illimitate per i nuovi materiali 2-D.

Quando la natura "corregge automaticamente, 'la scoperta avviene

La scoperta è avvenuta durante un esperimento in cui sono stati sintetizzati due cristalli 2-D dissimili per impilarli uno sopra l'altro. Invece di stare lì seduto, incapaci di interagire a causa di quanto poco hanno in comune, i cristalli hanno fatto qualcosa di inaspettato.

"Si sono semplicemente ruotati l'uno rispetto all'altro, Disse Bansil. Dimostrò mettendo una mano sopra l'altra e ruotando in direzioni opposte.

I ricercatori hanno scoperto che invece di crescere in modo casuale, questi cristalli ruotano per formare configurazioni stabili e allineate, permettendo la formazione di nuovi cristalli.

Questa scoperta è un esempio della capacità della natura di "correggere automaticamente, " osservato qui su scala nanometrica. Quel riallineamento automatico ha permesso ai due materiali di vibrare:i loro elettroni hanno iniziato a parlare tra loro e a mostrare nuovi comportamenti.

I ricercatori hanno sperimentato modificando ulteriormente l'allineamento dei due strati. Hanno scoperto che con ogni modifica, l'eterostruttura ha prodotto nuove proprietà.

"Immagina se avessi una torta, e poi l'hai attorcigliato ed è diventato un biscotto, e lo giri di nuovo e diventa qualcos'altro, " Kar ha detto. "Da un punto di vista materiale, è così eccitante".

Il laboratorio di Kar è responsabile della sintesi e delle caratterizzazioni di questi materiali. Il gruppo di Bansil è focalizzato sulla teoria quantistica computazionale. La ricerca nel campo dei materiali è considerata forte quando teoria ed esperimento vanno di pari passo, uno rafforza l'altro e viceversa. Ed è esattamente quello che è successo per Kar e Bansil in questo caso.

"Quello che abbiamo scoperto è che molti nuovi comportamenti nel nostro sistema potrebbero essere compresi molto chiaramente quando guardiamo alla teoria che emerge dai calcoli della meccanica quantistica, " ha detto Kar.

Questa ricerca potrebbe portare a nuovi materiali che cambiano il modo in cui i computer memorizzano gli 1 e gli 0 del mondo digitale. Poiché l'eterostruttura creata da Kar e dai suoi colleghi può essere modificata in tanti modi a livello atomico, c'è un grande potenziale per la scrittura, lettura, cancellazione, e manipolare in altro modo le informazioni. In altre parole, consente ai ricercatori di modificare il comportamento degli ingredienti dopo che la torta è già stata cotta.

"Quel grado di controllo è molto eccitante, " ha detto Kar. "È come la rete alimentare all'interno di materiali 2-D".