I ricercatori sono riusciti a creare un nuovo effetto "galleria sussurrante" per gli elettroni in un foglio di grafene, rendendo possibile il controllo preciso di una regione che riflette gli elettroni all'interno del materiale. Dicono che il risultato potrebbe fornire un elemento di base per nuovi tipi di lenti elettroniche, così come dispositivi basati sulla quantistica che combinano elettronica e ottica.

Il nuovo sistema utilizza una sonda aghiforme che costituisce la base degli attuali microscopi a scansione a effetto tunnel (STM), consentendo il controllo sia della posizione che della dimensione della regione riflettente all'interno del grafene, una forma bidimensionale di carbonio spessa solo un atomo.

La nuova scoperta è descritta in un articolo apparso sulla rivista Scienza , co-autore del professore di fisica del MIT Leonid Levitov e ricercatori del National Institute of Standards and Technology (NIST), l'Università del Maryland, Imperial College di Londra, e l'Istituto Nazionale per la Scienza dei Materiali (NIMS) a Tsukuba, Giappone.

Quando la punta acuminata dell'STM è in bilico su un foglio di grafene, produce una barriera circolare sul foglio che "funge da perfetto specchio curvo" per gli elettroni, Levitov dice, riflettendoli verso il centro del cerchio. Questa riflettività controllabile è simile, Aggiunge, alle cosiddette modalità di confinamento della "galleria dei sussurri" che sono state utilizzate nei sistemi ottici e acustici, ma queste non sono state sintonizzabili o regolabili.

"In ottica, le modalità della galleria di sussurri sono note e utili, " Dice Levitov. " Forniscono risonanze di alta qualità. Ma il solito problema nell'ottica è che non sono sintonizzabili." Allo stesso modo, precedenti tentativi di creare "recinzioni" quantistiche per gli elettroni hanno utilizzato atomi posizionati con precisione su una superficie, che non può essere riconfigurato facilmente.

Il confinamento in questo caso è prodotto dal confine tra due diverse regioni sulla superficie del grafene, corrispondenti alle regioni "p" e "n" in un transistor. In questo caso, una regione circolare appena sotto la punta STM assume una polarità, e la regione circostante la polarità opposta, creando una giunzione circolare controllabile tra le due regioni. Gli elettroni all'interno di fogli di grafene si comportano come particelle di luce; in questo caso, la giunzione circolare funge da specchio curvo in grado di focalizzare e controllare gli elettroni.

È troppo presto per prevedere quali usi specifici potrebbero essere trovati per questo fenomeno, Levitov dice, ma aggiunge, "Qualsiasi risonatore può essere utilizzato per una varietà di cose."

Questo risonatore di elettroni combina diverse buone caratteristiche. C'è chiaramente qualcosa di speciale nell'avere accordabilità e anche alta qualità allo stesso tempo."

Poiché il nuovo sistema si basa sulla consolidata tecnologia STM, potrebbe essere sviluppato in tempi relativamente brevi in ​​dispositivi utilizzabili, Levitov suggerisce. E convenientemente, l'STM non solo crea l'effetto galleria sussurrante, ma fornisce anche un mezzo per osservare i risultati, per studiare il fenomeno. "La mancia in questo caso ha una doppia funzione, " lui dice.

Questo potrebbe essere un passo verso la creazione di lenti elettroniche, Levitov dice:"un concetto che incuriosisce i ricercatori sul grafene". In linea di principio, questi potrebbero fornire un modo di osservare oggetti un millesimo di quelli visibili usando le onde luminose.

Le lenti elettroniche rappresenterebbero un approccio fondamentalmente diverso dai microscopi elettronici esistenti, che bombardano una superficie con fasci di elettroni ad alta energia, cancellando ogni sottile effetto all'interno degli oggetti osservati. lenti elettroniche, al contrario, sarebbe in grado di osservare gli elettroni a bassa energia dell'ambiente all'interno dell'oggetto stesso.

Ciò potrebbe consentire di studiare "cose ​​sottili su come si comportano i portatori di carica a livello microscopico, che non puoi vedere dall'esterno, "Dice Levitov.

Il nuovo lavoro di Levitov e dei suoi colleghi fornisce un pezzo di tale sistema e potenzialmente di altri sistemi elettro-ottici avanzati, lui dice, come i materiali a rifrazione negativa che sono stati proposti come una sorta di "mantello dell'invisibilità". La nuova modalità sussurro-galleria per gli elettroni fa parte di una cassetta degli attrezzi che potrebbe portare a un'intera famiglia di nuovi dispositivi di ottica elettronica basati sulla quantistica. Potrebbe anche essere utilizzato per creare sensori altamente sensibili, poiché tali risonatori "possono essere utilizzati per migliorare la tua sensibilità a segnali molto piccoli, "Dice Levitov.