I ricercatori del National Institute of Standards and Technology (NIST) e i loro collaboratori hanno osservato come l’energia di un singolo elettrone in un materiale semiconduttore può essere controllata con precisione regolando le posizioni degli atomi vicini. Questa scoperta potrebbe portare a nuovi modi per creare dispositivi quantistici, come i transistor, che funzionano a livelli di potenza molto bassi e sono più resistenti al rumore.

Nei tradizionali dispositivi a semiconduttore, il flusso di elettroni viene controllato applicando un campo elettrico. Tuttavia, questo approccio è limitato dal fatto che gli elettroni sono influenzati anche dal movimento termico degli atomi nel materiale. Ciò può far sì che i dispositivi diventino rumorosi e inefficienti, soprattutto a temperature elevate.

L'approccio del team del NIST evita questo problema utilizzando un modo diverso di controllare il flusso di elettroni. Invece di applicare un campo elettrico, usano una tecnica chiamata “confinamento quantico” per creare una piccola regione isolata di materiale semiconduttore in cui gli elettroni sono liberi di muoversi. Questa regione è circondata da uno strato di atomi che funge da barriera, impedendo agli elettroni di fuoriuscire.

Controllando attentamente le posizioni degli atomi nello strato barriera, i ricercatori sono riusciti a regolare con precisione l'energia del singolo elettrone nella regione confinata. Ciò ha permesso loro di creare un dispositivo che agisce come un transistor, ma senza la necessità di un campo elettrico.

La scoperta del team del NIST potrebbe portare a una nuova generazione di dispositivi quantistici più potenti ed efficienti dei tradizionali dispositivi a semiconduttore. Questi dispositivi potrebbero essere utilizzati in una varietà di applicazioni, come l’informatica quantistica, la crittografia quantistica e il rilevamento quantistico.

I risultati del gruppo di ricerca sono stati pubblicati sulla rivista Nature Nanotechnology.