I ricercatori tedeschi hanno, con l'ausilio di simulazioni al computer, scoperto una combinazione di materiali che rafforza le cosiddette oscillazioni di Friedel e le lega, come con una lente, in direzioni diverse. Con una gamma di 50 nanometri, queste "giganti oscillazioni di densità di carica anisotropa" sono molte volte maggiori del normale e aprono nuove possibilità nel campo della nanoelettronica per scambiare o filtrare informazioni magnetiche.

In metalli come rame o alluminio, i cosiddetti elettroni di conduzione sono in grado di muoversi liberamente, allo stesso modo delle particelle in un gas o in un liquido. Se, però, le impurità vengono impiantate nel reticolo cristallino del metallo, gli elettroni si raggruppano in uno schema uniforme attorno al punto di interferenza, simili alle increspature che si verificano quando un sasso viene lanciato in una pozza d'acqua. Gli scienziati di Jülich hanno, con l'ausilio di simulazioni al computer, ora scoperto una combinazione di materiali che rafforza queste oscillazioni di Friedel e le raggruppa, come con una lente, in direzioni diverse. Con una gamma di 50 nanometri, queste "giganti oscillazioni di densità di carica anisotropa" sono molte volte maggiori del normale e aprono nuove possibilità nel campo della nanoelettronica per scambiare o filtrare informazioni magnetiche.

Lo studio appena pubblicato su Comunicazioni sulla natura è stata preceduta da una scoperta straordinaria:gli scienziati del Peter Grünberg Institute di Jülich hanno notato onde elettroniche dalla forma strana nelle immagini ottenute utilizzando la microscopia a effetto tunnel. Le immagini mostravano la superficie di una sottile pellicola di ferro con impurità di ossigeno. "Il modello d'onda non consisteva in anelli chiusi come ci si aspetterebbe normalmente, ma piuttosto sparsi trasversalmente dal punto di interferenza in quattro direzioni diverse", ha riferito il dottor Samir Lounis.

La ragione per l'insolita distribuzione delle fluttuazioni di densità elettronica è la superficie di Fermi di forma praticamente quadrata del materiale. Gli elettroni con più energia in un composto atomico sono quelli che si muovono sulle superfici di Fermi. La forma delle superfici di Fermi e la mobilità degli elettroni determinano le proprietà fisiche dei metalli. Le superfici di Fermi sono spesso circolari o quadrate con bordi arrotondati.

"Le superfici di Fermi praticamente piatte dei nostri campioni fungono da amplificatore per le oscillazioni di Friedel, che si estendono perpendicolarmente alle superfici", spiega Lounis. I ricercatori hanno scoperto che questo effetto può essere notevolmente intensificato variando lo spessore del metallo. A seconda del numero di strati atomici presenti, si formano cumuli di superfici di Fermi; più ce ne sono, maggiori sono le oscillazioni. I ricercatori hanno chiamato questo effetto "Giant Anisotropic Charge Density Oscillations".

In linea di principio, le oscillazioni potrebbero essere utilizzate per scambiare informazioni tra singole impurità magnetiche e migliorare ulteriormente il livello di integrazione dei componenti nanoelettronici. Poiché le oscillazioni sono prodotte principalmente da spin di un unico orientamento, potrebbero anche costituire la base per i cosiddetti elementi filtranti spin, che sono componenti importanti nelle applicazioni spintroniche.