Un nanofilo quantistico unidimensionale (visto in giallo a sinistra) può trasformarsi da conduttore a isolante con l'aggiunta di un singolo difetto atomico, secondo l'analisi microscopica dell'Oak Ridge National Laboratory. I fasci di nanofili (a destra) sono generalmente più stabili, portando a una migliore conduttanza. Credito:An-Ping Li e Shengyong Qin/ORNL
I singoli atomi possono creare o distruggere proprietà elettroniche in uno dei conduttori più piccoli conosciuti al mondo:i nanofili quantici. L'analisi microscopica presso l'Oak Ridge National Laboratory del Dipartimento dell'Energia sta offrendo uno sguardo raro su come la struttura atomica dei nanofili conduttori influenzi il loro comportamento elettronico.
La microscopia del team ORNL ha confermato che difetti deliberatamente introdotti, che sono solo le dimensioni di un singolo atomo, potrebbe trasformare un nanofilo conduttore in un isolante interrompendo il percorso degli elettroni. Guidato da An-Ping Li dell'ORNL, il team di ricerca ha utilizzato la microscopia a effetto tunnel a scansione multipla per analizzare i nanofili costituiti da un materiale chiamato siliciuro di gadolinio.
"Questo tipo di conduttore unidimensionale dovrebbe essere un componente fondamentale in tutte le architetture elettroniche quantistiche, " disse Li, un ricercatore presso il Center for Nanophase Materials Science dell'ORNL. "Un vantaggio dei nanofili GdSi2 è che sono compatibili con la tecnologia convenzionale del silicio e sono quindi più facili da implementare nei dispositivi nanoelettronici".
La ricerca, pubblicato nell'American Chemical Society's Nano lettere , è il primo studio correlato che collega il movimento degli elettroni a elementi strutturali come difetti a punto singolo o impurità che vengono intenzionalmente coltivate nei nanofili.
"Quando un conduttore diventa così piccolo, sarà molto sensibile ai difetti atomici sul nanofilo, " disse Li. "Se il conduttore o il filo è grande, gli elettroni possono sempre trovare un modo per aggirare. Ma con un nanofilo così piccolo, gli elettroni non hanno via di fuga. Quando metti solo alcuni difetti su questo nanofilo, puoi tagliare la conduttanza e convertire un conduttore in un isolante."
Sebbene i singoli nanofili abbiano mostrato la transizione da metallo a isolante, il team ORNL ha osservato un comportamento diverso in fasci di nanofili costituiti da due, tre o più fili separati solo da pochi angstrom.
"Se metti insieme dei pacchi, l'accoppiamento interfilare ha generalmente un effetto stabilizzante sulla struttura che a sua volta porta a una migliore conduttanza, " disse Li.
