Uno studio del Politecnico di Tomsk rivela come i vortici topologici trovati nei materiali a bassa dimensione possono essere sia spostati che cancellati e ripristinati di nuovo dal campo elettrico all'interno delle nanoparticelle. Ciò potrebbe aprire interessanti opportunità per dispositivi di memoria o computer quantistici in cui le informazioni verranno crittografate nelle caratteristiche dei vortici topologici.

Scienziati di TPU e collaboratori internazionali hanno scoperto un'insolita auto-organizzazione degli atomi nel volume delle nanoparticelle e hanno imparato a controllarla tramite un campo elettrico. Tali nanoparticelle controllate possono essere utilizzate per generare una memoria ad accesso casuale non volatile capiente (NRAM), computer quantistici e altri dispositivi elettronici di nuova generazione.

L'autore principale è Dmitriy Karpov, ingegnere del Dipartimento di Fisica Generale, TPU, chi spiega che nella moderna scienza dei materiali, i difetti della materia si dividono in due grandi gruppi. Il primo gruppo comprende classici, difetti ben studiati, quando gli atomi nella materia sono meccanicamente disordinati, cioè., gli atomi vengono rimossi o inseriti nel reticolo. Nell'altro gruppo, l'organizzazione spaziale del reticolo stesso cambia e tali difetti sono detti topologici.

I difetti topologici possono influenzare fortemente la materia, rendendolo superfluido o superconduttivo, e quindi, è molto importante studiarli. I difetti topologici possono essere trovati solo nei materiali a bassa dimensione:nanotubi e nanofilm bidimensionali (spessi solo alcuni atomi) e nanopunti o nanoparticelle unidimensionali, che sono particelle sferiche costituite da diverse decine o centinaia di atomi identici.

"Uno degli importanti difetti topologici è un vortice topologico che sembra una torsione riconoscibile causata da un piccolo spostamento di tutti gli atomi. Il nucleo del vortice è un nanofilo che può essere sia spostato dal campo, sia e cancellato e ripristinato di nuovo all'interno di nanoparticelle, " spiega Edwin Fohtung, Professore del Laboratorio Nazionale di Los Alamos e della New Mexico State University.

Gli scienziati hanno studiato le nanoparticelle di titanato di bario la cui struttura interna è stata visualizzata con l'aiuto della radiazione di raggi X penetrante dal sincrotrone Advanced Photon Source (Chicago, STATI UNITI D'AMERICA). Hanno ottenuto un'immagine del volume delle nanoparticelle con una risoluzione di 18 nanometri, che ha permesso loro di analizzare i minimi cambiamenti nella struttura. Di conseguenza, i ricercatori hanno dimostrato che un campo elettrico esterno può spostare il nucleo del vortice topologico all'interno della nanoparticella, e quando il campo viene rimosso, ritorna nella sua posizione originale.

I moderni componenti dell'elettronica stanno gradualmente diventando più piccoli. Questo può influenzare significativamente l'efficienza dei dispositivi, che sarà significativamente ridotto a causa degli effetti quantistici. Un modo per aggirare queste limitazioni consiste nell'utilizzare i vortici topologici. Così, possono essere utilizzati per generare NRAM ad alta densità o computer quantistici in cui le informazioni verranno crittografate nelle caratteristiche dei vortici topologici.

"Tutto sommato, la possibilità di controllare e regolare i vortici topologici nelle nanoparticelle è importante per la creazione di nuova elettronica, " conclude Dmitrij Karpov.