"Trion" potrebbe suonare come il nome di una delle particelle teoriche accusate di aver rovinato le operazioni a bordo dell'astronave Enterprise.

Ma che tu ci creda o no, i trioni sono reali e potrebbero presto svolgere un ruolo chiave nei dispositivi elettronici. I ricercatori della Duke hanno per la prima volta individuato alcuni dei comportamenti di queste particelle uniche nel loro genere, un primo passo per metterli al lavoro nell'elettronica.

I trioni sono ciò che gli scienziati chiamano "quasiparticelle, " fasci di energia, carica elettrica e spin che sfrecciano all'interno dei semiconduttori.

"I trioni mostrano proprietà uniche che non sarai in grado di trovare nelle particelle convenzionali come gli elettroni, fori (cariche positive) ed eccitoni (coppie elettrone-foro che si formano quando la luce interagisce con determinati materiali), " ha detto Yusong Bai, uno studioso postdottorato nel dipartimento di chimica della Duke. "A causa delle loro proprietà uniche, trioni potrebbero essere utilizzati nella nuova elettronica come il fotovoltaico, fotorilevatori, o in spintronica."

Di solito queste proprietà – energia, carica e spin – sono trasportati da particelle separate. Per esempio, gli eccitoni trasportano l'energia luminosa che alimenta le celle solari, e gli elettroni o le lacune trasportano la carica elettrica che guida i dispositivi elettronici. Ma i trioni sono essenzialmente particelle tre in uno, combinando questi elementi insieme in un'unica entità - da qui il "tri" in trion.

"Un trione è questo ibrido che implica una carica che sposa un eccitone per diventare una particella distinta in modo univoco, " ha detto Michael Therien, il William R. Kenan, Jr. Professore di Chimica alla Duke. "E il motivo per cui le persone sono entusiaste dei trioni è perché sono un nuovo modo di manipolare lo spin, carica, e l'energia della luce assorbita, tutto contemporaneamente."

Fino a poco tempo fa, gli scienziati non avevano prestato molta attenzione ai trioni perché potevano essere trovati solo nei semiconduttori a temperature estremamente basse - circa 2 Kelvin, o -271 Celsius. Alcuni anni fa, ricercatori hanno osservato trioni in nanotubi di carbonio a temperatura ambiente, aprendo la possibilità di usarli in dispositivi elettronici reali.

Bai ha utilizzato una tecnica di sondaggio laser per studiare come si comportano i trioni in nanotubi di carbonio accuratamente progettati e altamente uniformi. Ha esaminato le proprietà di base incluso il modo in cui si formano, quanto velocemente si muovono e quanto tempo vivono.

Fu sorpreso di scoprire che in determinate condizioni, queste particelle insolite erano in realtà abbastanza facili da creare e controllare.

"Abbiamo scoperto che queste particelle sono molto stabili in materiali come i nanotubi di carbonio, che può essere utilizzato in una nuova generazione di elettronica, " Bai ha detto. "Questo studio è il primo passo per capire come potremmo sfruttare le loro proprietà uniche".

Il team ha pubblicato i risultati l'8 gennaio nel Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze .