(PhysOrg.com) -- Una sostanza bizzarra che si prevede ridurrà l'elettronica e darà ai fisici quantistici un nuovo giocattolo da tavolo si comporta più o meno come si aspettavano i suoi progettisti.

Il mese scorso in Materiali della natura , I ricercatori SLAC e i loro collaboratori a Stanford hanno confermato come la corrente elettrica si muova su minuscoli nastri di isolante topologico, un materiale che isola nella sua massa ma conduce insolitamente bene in superficie. Il lavoro è nato da una stretta collaborazione tra i gruppi di ricerca del ricercatore di Stanford Yi Cui, e Zhi-Xun Shen e Shoucheng Zhang dello Stanford Institute for Materials and Energy Science.

"Le proprietà della corrente elettrica sono molto difficili da studiare in un tipico campione di massa di questi isolanti topologici, " ha detto Shen, direttore di SIMES, un istituto congiunto Stanford/SLAC. "Creando nanonastri molto piccoli siamo stati in grado di studiare le proprietà uniche della superficie".

In nastri estremamente sottili del composto seleniuro di bismuto, l'ampio rapporto tra i bordi e le parti interne rende le proprietà più fredde del materiale facili da rilevare. Gli elettroni che scorrono sulla superficie del nanonastro fluiscono in modo particolarmente fluido, agire come se non avessero massa, e hanno una rotazione fissa, almeno quando i nastri sono immersi nel gelido elio liquido. In linea di principio, le proprietà potrebbero estendersi alla temperatura ambiente.

"Apre molte applicazioni future, " ha affermato il fisico e coautore di SIMES Yulin Chen. Il materiale potrebbe essere una manna per la spintronica, una tecnologia che utilizza lo spin degli elettroni per memorizzare le informazioni. Le applicazioni della spintronica includono minuscoli chip e sensori per computer, e informatica quantistica.

Ma le applicazioni sono solo una parte del fascino della sostanza. A causa delle loro proprietà superficiali uniche, i nastri aprono un nuovo banco di prova per le teorie della fisica, ha detto il co-autore Keji Lai, uno studioso postdottorato nel gruppo di Shen. L'"esplosione" di articoli di ricerca sull'argomento da quando queste proprietà esotiche sono state previste nel 2006 parla dell'eccitazione dei fisici.

"Possiamo effettivamente giocare con i sistemi da tavolo e comprendere la meccanica quantistica di altissimo livello, " Ha detto Lai. "Questo [nuovo risultato] apre davvero la strada a questo tipo di esperimento".

Il lavoro è nato da una conversazione casuale tra Lai e lo scienziato dei materiali Hailin Peng, precedentemente nel gruppo Cui presso il Dipartimento di Scienza e Ingegneria dei Materiali di Stanford e ora presso la facoltà dell'Università di Pechino, Cina.

"Ho chiacchierato con lui durante il pranzo e gli ho detto questa famiglia di materiali interessanti, " Ha detto Lai. "È tornato il giorno dopo e ha detto che hanno un'idea su come costruirli e renderli molto sottili. Una settimana dopo, mi ha mostrato le immagini al microscopio elettronico di questi materiali in forma di nastro."

Peng, insieme agli studenti laureati di Cui Desheng Kong e Stefan Meister, usarono una tecnica ben nota chiamata "Sintesi Vapore-Liquido-Solido" per far crescere i nastri. Il vapore di seleniuro di bismuto reagisce a bassa pressione e calore del forno con nanoparticelle d'oro appositamente preparate per formare minuscole goccioline di liquido. Una volta saturato, il liquido comincia a germogliare solidi nastri di seleniuro di bismuto, ciascuno attaccato a una particella d'oro. Il diametro delle particelle d'oro determina lo spessore dei nanonastri.

Rendere i nanonastri sempre più sottili, fino a quando non sono praticamente tutti in superficie, potrebbe essere la chiave per vedere il loro comportamento stravagante a temperatura ambiente. Secondo lo scienziato dei materiali di Stanford Yi Cui, che ancora collabora con Peng, ora possono produrre nanonastri spessi solo 10 atomi, 25 volte più sottili di quelli descritti nell'articolo di dicembre.

A distanze così piccole, gli elettroni sulla parte superiore e inferiore dei nanonastri possono diafonia, secondo le previsioni dei coautori e dei ricercatori SIMES Zhang e Xiaoliang Qi. Solo la teoria ha esplorato i comportamenti bizzarri che questa comunicazione provocherebbe.

"Siamo un po' nella prima esplorazione della scienza in questo momento, " Ha detto Lai. "Agli albori dei semiconduttori le persone passavano molto tempo solo a capire la scienza fondamentale. Una volta stabilite le proprietà fisiche di questi materiali, gli ingegneri erano molto potenti nel costruire strutture complicate e nel portarle nella vita di tutti i giorni."

Sia Lai che Chen vorrebbero vedere più scienziati e ingegneri dei materiali partecipare.

"Il nostro compito è motivare e ispirare più persone a entrare in campo, " Disse Chen. "Più persone si uniscono a questo campo, più veloce può essere il progresso".