Movimento dei punti Dirac. Immagine (c) Natura , doi:10.1038/nature10871
(PhysOrg.com) -- Mentre i ricercatori continuano a studiare il grafene e i suoi attributi unici, si ritrovano fissati su diverse aree delle sue proprietà. Una di queste proprietà è che a causa della sua struttura reticolare, il grafene è un semiconduttore "zero-gap". Ciò significa che le sue bande di conduzione e di valenza elettronica si toccano effettivamente in determinati punti, il che significa che non c'è divario energetico tra di loro, come nel caso degli attuali materiali semiconduttori. E questo significa che l'associazione tra momento ed energia è molto simile a quella dei fotoni, il che implica che gli elettroni potrebbero muoversi a velocità prossime a quella della luce. Queste parti della struttura del grafene sono note come punti di Dirac. Finora però, nessuno è stato in grado di vedere alcuna prova del mondo reale di tali punti, tanto meno manipolarli.
Ora, Tilman Esslinger e i suoi colleghi ricercatori dell'Istituto di ottica quantistica dell'ETH di Zurigo hanno trovato un modo per farlo simulando il grafene e le sue proprietà utilizzando un reticolo creato al laser riempito con atomi di potassio-40. Riferiscono i loro risultati nella rivista Natura .
L'esperimento è iniziato raffreddando atomi di potassio-40, lasciandoli letargici in modo che non si allontanassero dall'interno del reticolo. Il loro ruolo era quello di fungere da sostituti per gli elettroni che si muovono nel grafene. Quindi, per creare il reticolo, la squadra ha sparato un laser perpendicolare all'altro facendo sì che i due interferissero l'uno con l'altro. È stato quindi aggiunto un terzo raggio laser con una lunghezza d'onda leggermente diversa per creare un'onda stazionaria. In questo scenario, il reticolo quadrato che ne risultava poteva essere aggiustato regolando il terzo raggio. Il team ha quindi testato il reticolo per i punti Dirac accelerando gli atomi e misurando le loro traiettorie e ne ha trovati due osservando che il momento tra le celle del reticolo non è rallentato, il che significa che non c'era alcun divario. Meglio ancora, il team ha scoperto che regolando il reticolo potevano manipolare i punti di Dirac, spostandoli o addirittura facendoli scomparire completamente.
La distribuzione della densità degli atomi di potassio misurata dopo l'accelerazione attraverso i punti di Dirac (a sinistra e al centro), e senza punto Dirac (a destra). La riga superiore mostra le regioni corrispondenti della struttura a bande calcolata. (Immagine:Gruppo di ricerca di Tilman Esslinger / ETH Zurigo)
In un interessante corso di eventi, un altro team che adotta un approccio completamente diverso è anche riuscito a trovare un modo per mostrare l'esistenza dei punti di Dirac e per manipolarli anche sintetizzando una forma di grafne e disponendola nel familiare reticolo di rete metallica sopra un substrato conduttore e quindi manipolandolo con un microscopio a effetto tunnel. Hanno anche pubblicato i loro risultati in Natura .
Trovare modi per mostrare come i punti di Dirac possono essere manipolati aiuterà a trovare modi di utilizzare il grafene in applicazioni del mondo reale che potrebbero portare a nuovi materiali esotici con proprietà elettroniche uniche, portando a prodotti finali che in alcuni casi non possono nemmeno essere ancora immaginati.
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