Gli elettroni che infrangono le regole e si muovono perpendicolarmente al campo elettrico applicato potrebbero essere la chiave per fornire la prossima generazione, computer a basso consumo energetico, ha scoperto una collaborazione di scienziati dell'Università di Manchester e del Massachusetts Institute of Technology.

In un documento di ricerca pubblicato questa settimana in Scienza , la collaborazione guidata dal professore di teoria del MIT Leonid Levitov e il premio Nobel di Manchester Sir Andre Geim riportano un materiale in cui gli elettroni si muovono ad un angolo controllabile rispetto ai campi applicati, simili a barche a vela spinte in diagonale al vento.

Il materiale è il grafene, un filo di pollo spesso un atomo di carbonio, ma con una differenza. Si trasforma in un nuovo cosiddetto stato superreticolo ponendolo sopra nitruro di boro, noto anche come "grafite bianca", e quindi allineando i reticoli cristallini dei due materiali. A differenza del grafene metallico, un superreticolo di grafene si comporta come un semiconduttore.

Nel grafene originale, i portatori di carica si comportano come neutrini privi di massa che si muovono alla velocità della luce e hanno la carica dell'elettrone. Pur essendo un ottimo direttore d'orchestra, il grafene non consente una facile accensione e spegnimento della corrente, che è il cuore di ciò che fa un transistor.

Gli elettroni nei superreticoli di grafene sono diversi e si comportano come neutrini che hanno acquisito una massa notevole. Ciò si traduce in un nuovo, comportamento relativistico in modo che gli elettroni possano ora inclinarsi di grandi angoli rispetto ai campi applicati. L'effetto è enorme, come trovato negli esperimenti Manchester-MIT.

L'effetto relativistico riportato non ha analoghi noti nella fisica delle particelle e amplia la nostra comprensione di come funziona l'universo.

Al di là della scoperta, il fenomeno osservato può anche aiutare a migliorare le prestazioni dell'elettronica al grafene, rendendolo un degno compagno del silicio.

La ricerca suggerisce che i transistor realizzati con superreticoli di grafene dovrebbero consumare meno energia rispetto ai transistor a semiconduttore convenzionali perché i portatori di carica si spostano perpendicolarmente al campo elettrico, che si traduce in poca dissipazione di energia.

I ricercatori del Manchester-MIT dimostrano il primo di questi transistor, che apre uno spazio per i computer meno affamati di energia.

Il professor Geim commenta:"È un effetto piuttosto affascinante, e colpisce un punto molto morbido nella nostra comprensione del complesso, cosiddetti materiali topologici. È estremamente raro imbattersi in un fenomeno che collega la scienza dei materiali, fisica delle particelle, relatività e topologia.'

Il professor Levitov aggiunge:"È opinione diffusa che gli approcci non convenzionali all'elaborazione delle informazioni siano fondamentali per il futuro dell'hardware IT. Questa convinzione è stata la forza trainante di una serie di importanti sviluppi recenti, in particolare lo sviluppo della spintronica. Il transistor dimostrato mette in evidenza la promessa dei sistemi basati sul grafene per modi alternativi di elaborazione delle informazioni. '