Un fisico russo e i suoi colleghi internazionali hanno studiato un punto di contatto quantistico (QCP) tra due conduttori con campi oscillanti esterni applicati al contatto. Hanno scoperto che, per alcuni tipi di contatti, un aumento della frequenza di oscillazione al di sopra di un valore critico ha ridotto la corrente a zero, un meccanismo promettente che può aiutare a creare componenti nanoelettronici. Questa ricerca supportata dalla Russian Science Foundation (RSF) è stata pubblicata nel Revisione fisica B rivista.

Una tendenza persistente nell'elettronica moderna, la miniaturizzazione ha stimolato la domanda di nuovi dispositivi di dimensioni nanometriche che vantano prestazioni avanzate e sfruttano gli effetti quantistici con gli elettroni che si comportano come particelle e onde allo stesso tempo. Di particolare importanza è il controllo preciso del trasporto di carica mediante campi elettrici e magnetici esterni. Ciò può essere ottenuto in un minuscolo QPC di dimensioni paragonabili a un atomo (diversi angstrom) e con solo poche lunghezze d'onda di elettroni che si adattano. Tali contatti possono essere ottenuti sperimentalmente collegando due elettrodi massicci con uno strato di gas di elettroni bidimensionale, cioè gas con particelle che si muovono liberamente solo in due direzioni, e quindi applicando tensione alle piastre. Maggiore è la tensione, più grande è l'area proibita per gli elettroni e più stretto è il contatto.

Gli autori hanno svolto una ricerca teorica su due conduttori collegati da un QPC sottoposti a campi oscillanti esterni. Si presumeva che i portatori di carica nei conduttori avessero diverse concentrazioni iniziali. A basse frequenze di oscillazione, la corrente al contatto tende ad equalizzare le concentrazioni. Però, gli scienziati hanno scoperto che, per un certo tipo di contatti, la corrente scende a zero e le concentrazioni non sono mai uguali a frequenze superiori al valore critico. Ciò fornisce prove eloquenti di una transizione di fase di non equilibrio - un fenomeno dinamico che spiega la differenza fondamentale tra le proprietà del sistema al di sotto e al di sopra del valore critico di un parametro esterno, in questo caso, frequenza di oscillazione.

"Questo sorprendente effetto è meglio illustrato da un semplice esempio. Immagina due recipienti pieni d'acqua e il loro fondo collegato da un tubo. Se i livelli dell'acqua sono diversi, l'acqua continuerà a fluire da un recipiente all'altro finché i suoi livelli non saranno gli stessi in entrambi i recipienti. Ora immagina di scuotere il tubo con una frequenza al di sopra di un valore critico. L'acqua smetterà di scorrere e non si riequilibrerà mai allo stesso livello. Certo, questo non accade all'acqua nella vita reale, ma accade agli elettroni che fluiscono attraverso un contatto quantistico "scosso" da campi elettrici e magnetici esterni, " spiega Oleg Lychkovskiy, un dottorato di ricerca in fisica e matematica e ricercatore senior presso lo Skolkovo Institute of Science and Technology (Skoltech), Istituto di fisica e tecnologia di Mosca e (MIPT) e V.A. Istituto matematico Steklov della RAS.

Questa ricerca può aprire la strada a nuovi dispositivi elettronici su scala nanometrica con un'ampia gamma di potenziali applicazioni. I dispositivi e i sistemi elettronici basati sugli effetti quantistici sono un promettente percorso di ricerca, considerando che il mercato russo della nanoelettronica e della fotonica potrebbe raggiungere i 20 miliardi di rubli entro il 2027.