Fenomeni di conduttanza quantistica nei semiconduttori e nei metalli. a) Rappresentazione schematica di un dispositivo a semiconduttore che mostra la quantizzazione della conduttanza, in cui si forma un 2DEG all'interfaccia di un'eterogiunzione. Il contatto del punto quantistico viene realizzato applicando una tensione negativa agli elettrodi di gate mentre si misurano le proprietà di trasporto attraverso i contatti al 2DEG su entrambi i lati della costrizione. L'ampiezza della costrizione (W) può essere variata mediante la tensione di gate applicata. b) Rappresentazione schematica di un dispositivo a base metallica in cui è possibile osservare la quantizzazione della conduttanza quando il contatto metallico è di dimensioni atomiche. Credito:Gianluca Milano et al, Materiali avanzati (2022). DOI:10.1002/adma.202201248
A scala nanometrica, le leggi della fisica classica diventano improvvisamente inadeguate a spiegare il comportamento della materia. È proprio in questo frangente che entra in gioco la teoria quantistica, che descrive efficacemente i fenomeni fisici caratteristici del mondo atomico e subatomico. Grazie al diverso comportamento della materia su queste scale di lunghezza ed energia, è possibile sviluppare nuovi materiali, dispositivi e tecnologie basati sugli effetti quantistici, che potrebbero produrre una vera rivoluzione quantistica che promette di innovare settori come la crittografia, le telecomunicazioni e la computazione.
La fisica degli oggetti molto piccoli, già alla base di molte tecnologie che utilizziamo oggi, è intrinsecamente legata al mondo delle nanotecnologie, la branca della scienza applicata che si occupa del controllo della materia a scala nanometrica (un nanometro è un miliardesimo di un metro). Questo controllo della materia su scala nanometrica è alla base dello sviluppo di nuovi dispositivi elettronici.
Tra questi, i memristori sono considerati dispositivi promettenti per la realizzazione di nuove architetture computazionali che emulano funzioni del nostro cervello, consentendo la creazione di sistemi di calcolo sempre più efficienti adatti allo sviluppo dell'intero settore dell'intelligenza artificiale, come recentemente dimostrato dall'Istituto Nazionale di Ricerca Metrologica ( INRiM) ricercatori in collaborazione con diverse università e istituti di ricerca internazionali.
In questo contesto, il progetto EMPIR MEMQuD, coordinato da INRiM, mira a studiare gli effetti quantistici in tali dispositivi, in cui le proprietà di conduzione elettronica possono essere manipolate per consentire l'osservazione di fenomeni di conducibilità quantizzata a temperatura ambiente. Oltre ad analizzare i fondamenti e gli sviluppi recenti, il lavoro di revisione "Quantum Conductance in Memristive Devices:Fundamentals, Developments, and Applications" recentemente pubblicato sulla rivista Advanced Materials , analizza come questi effetti possono essere utilizzati per un'ampia gamma di applicazioni, dalla metrologia allo sviluppo di memorie di prossima generazione e all'intelligenza artificiale. + Esplora ulteriormente
