(Phys.org) -- Non c'è niente di peggio di un tavolo da biliardo shonky con un solco invisibile o una protuberanza che manda il tuo tiro fuori rotta:un nuovo studio ha scoperto che lo stesso vale su scala nanometrica, dove le "palle da biliardo" sono piccoli elettroni che si muovono su un "tavolo" fatto di arseniuro di gallio semiconduttore.

Questi piccoli tavoli da biliardo sono di interesse per lo sviluppo delle future tecnologie informatiche. In un documento di ricerca intitolato "The Impact of Small-Angle Scattering on Ballistic Transport in Quantum Dots", un team internazionale di fisici ha dimostrato che in questo gioco di “biliardi a semiconduttori”, piccole protuberanze hanno un effetto inaspettatamente grande sui percorsi seguiti dagli elettroni.

Meglio ancora, il team ha escogitato un'importante riprogettazione che consente di eliminare questi dossi. Lo studio, guidato da ricercatori della UNSW School of Physics, è pubblicato sulla rivista Lettere di revisione fisica .

Il team comprendeva colleghi, dell'Università dell'Oregon (USA), Niels Bohr Institute (Danimarca) e Università di Cambridge (Regno Unito).

“Ridimensionato di un milione di volte rispetto alla varietà del bar locale, questi microscopici tavoli da biliardo sono raffreddati appena sopra lo zero assoluto per studiare la scienza fondamentale, Per esempio, come funziona la teoria del caos classica nel limite della meccanica quantistica, oltre a domande con utile applicazione, come il modo in cui la natura ondulatoria dell'elettrone influenza il funzionamento dei transistor, ", afferma il professore associato Adam Micolich, membro del team. “Nel fare questo, impurità e difetti nel semiconduttore rappresentano una seria sfida”.

I materiali ultra-puliti vengono utilizzati per eliminare le impurità che causano la retrodiffusione (come lasciare un bicchiere sul tavolo da biliardo) ma fino ad ora non è stato possibile evitare gli atomi di silicio ionizzato che forniscono gli elettroni.

“Il loro effetto elettrostatico è più sottile, sostanzialmente deformando la superficie del tavolo", spiega Micolich.

Studi precedenti presumevano che questa deformazione fosse trascurabile, con i percorsi degli elettroni determinati solo dalla forma del biliardo (es. quadrato, circolare, a forma di stadio).

"Abbiamo scoperto che possiamo 'riconfigurare' la deformazione riscaldando il tavolo e raffreddandolo di nuovo, con i percorsi degli elettroni che cambiano radicalmente in risposta, ", afferma il professor Richard Taylor dell'Università dell'Oregon. "Questo dimostra che la deformazione è molto più importante del previsto".

Utilizzando un nuovo design da biliardo sviluppato durante il lavoro di dottorato presso l'UNSW dall'autore principale, il dottor Andrew See, i droganti di silicio vengono rimossi, eliminando la relativa deformazione, e consentendo ai percorsi degli elettroni di rimanere gli stessi ogni volta che raffreddano il dispositivo per lo studio.

“Questi dispositivi da biliardo non drogati individuano i droganti di silicio come la causa della deformazione. Il livello di miglioramento ottenuto rimuovendo il silicio era inaspettato, lavori precedenti su dispositivi molto più grandi hanno suggerito che non avremmo visto questo livello di miglioramento.

Ma su scala nanometrica, gli atomi droganti fanno davvero una grande differenza, dice Micolich, “In definitiva, il nostro lavoro fornisce importanti informazioni su come realizzare dispositivi elettronici su scala nanometrica migliori, quelli in cui le proprietà sono entrambe più prevedibili, e più coerenti ogni volta che li usiamo.”