Potenzialmente aprendo la strada a computer avanzati, laser o dispositivi ottici, I ricercatori dell'Università del Wisconsin-Madison hanno rivelato nuovi effetti in piccoli dispositivi elettronici chiamati punti quantici.

Nel loro lavoro, pubblicato di recente sulla rivista Nano lettere , i ricercatori hanno sviluppato e applicato metodi di analisi che aiuteranno a rispondere ad altre domande impegnative per lo sviluppo di materiali elettronici.

"Ora possiamo guardare una serie di strutture che le persone non potevano guardare prima, "dice Paul Evans, professore di scienza e ingegneria dei materiali alla UW-Madison. "In queste strutture, ci sono nuove serie di problemi di materiali cruciali che in precedenza non eravamo in grado di pensare di risolvere."

Le strutture esaminate da Evans e colleghi sono migliaia di volte più strette dei singoli fogli di carta, e più piccole delle dimensioni delle singole cellule umane. In quelle strutture, punti quantici si formano all'interno di pile molto sottili di materiali cristallini sormontati da una disposizione asimmetrica di piani, affusolato, elettrodi metallici simili a dita. Tra le punte di quelle dita metalliche ci sono piccoli spazi che contengono punti quantici.

Creare strutture così precise e sbirciare all'interno di quei piccoli spazi è tecnicamente impegnativo, però, e i punti quantici non si comportano sempre come previsto.

Lavori precedenti dei collaboratori di Evans presso la Delft University of Technology nei Paesi Bassi, che ha creato e studiato a fondo le strutture dello stack di cristallo, ha portato a sospettare che i punti quantici fossero diversi in modi importanti da ciò che era stato progettato.

Fino ad ora, misurare quelle differenze non era possibile.

"I precedenti approcci di imaging e la modellazione non consentivano alle persone di caratterizzare strutturalmente i dispositivi a punti quantici su questa piccola scala, "dice Anastasios Pateras, uno studioso postdottorato nel gruppo di Evans e il primo autore del documento.

Pateras e colleghi hanno aperto la strada a una strategia per l'utilizzo di fasci di raggi X molto strettamente focalizzati per caratterizzare i dispositivi a punti quantici, e questo si basava su un nuovo metodo per interpretare il modo in cui i raggi X si diffondono. Usando il loro approccio, hanno osservato cambiamenti nella spaziatura e nell'orientamento degli strati atomici all'interno dei punti quantici.

"I punti quantici devono essere vicini alla perfezione, " dice Evans. "Questa piccola deviazione dalla perfezione è importante."

La scoperta del team indica che il processo di creazione dei punti quantici, ovvero l'applicazione di elettrodi metallici su un cristallo cresciuto in laboratorio, distorce leggermente il materiale sottostante. Questo increspatura crea tensione nel materiale, portando a piccole distorsioni nei punti quantici. Comprendere e sfruttare questo effetto potrebbe aiutare i ricercatori a creare punti quantici che si comportano meglio.

"Una volta che conosci queste quantità, quindi puoi progettare dispositivi che tengano conto di quella struttura, "dice Evans.

I progetti con queste piccole imperfezioni in mente saranno particolarmente importanti per i dispositivi futuri in cui molte migliaia di punti quantici devono lavorare tutti insieme.

"Questo sarà molto rilevante perché, proprio adesso, ci sono più fonti di punti quantici di decoerenza, "dice Patera.

I ricercatori ora stanno sviluppando un algoritmo per visualizzare automaticamente le posizioni atomiche nei cristalli dai modelli di diffusione dei raggi X, dato che l'esecuzione manuale dei calcoli necessari richiederebbe probabilmente troppo tempo. Inoltre, stanno esplorando come le tecniche potrebbero aggiungere informazioni ad altre strutture difficili da studiare.