Dott. Giordano Mattoni, ricercatore quantistico presso TU Delft, ei suoi collaboratori hanno dimostrato che la transizione di fase nanoelettronica in una classe di materiali noti come nichelati può essere controllata dalla luce laser. Le loro scoperte, che sono stati pubblicati in Physical Review Materials, sono un passo importante nel campo dei nuovi materiali per l'elettronica.

I nichel sono una classe di materiali allo stato solido con una serie di proprietà uniche, compreso che possono subire una transizione di fase dal comportamento conduttivo a quello isolante. In ricerche precedenti, Mattoni e colleghi hanno mostrato come la transizione metallo-isolante (MIT) si è propagata attraverso tali nichelati. In recenti esperimenti, hanno dimostrato che il MIT può essere controllato con la luce laser. "I materiali con proprietà fisiche riprogrammabili su scala nanometrica sono altamente desiderati, ma sono poco disponibili finora, "dice Mattoni.

Durante i loro esperimenti in un laboratorio di ricerca internazionale nel Regno Unito, gli scienziati hanno diretto impulsi laser ultraveloci con durata di 100 femtosecondi su un campione di NdNiO ₃ (neodimio nichelato). "L'invio di un molto veloce, impulso di luce laser ad alta energia ha innalzato la temperatura del campione da 150 a 152 Kelvin per un piccolo istante di tempo. Questo piccolo aumento di temperatura è stato sufficiente per modificare le proprietà del materiale da isolante a conduttore. Aumentando la potenza del laser, potremmo controllare quanto isolante o metallico potrebbe essere il materiale, e quindi controllare le sue proprietà fisiche."

Tale controllo è reso possibile anche da un'altra proprietà del materiale:l'isteresi (dal greco 'in ritardo'). "Riscaldare o raffreddare, il materiale non segue lo stesso schema di transizione. Possiamo usare quel fenomeno per bloccare il materiale in una certa fase." Nella vita di tutti i giorni, l'isteresi viene utilizzata per controllare i termostati nei frigoriferi o negli impianti di riscaldamento centralizzato, Per esempio. L'attivazione e la disattivazione è controllata dal rilevamento della temperatura, in modo che i sistemi non si accendano e si spengano continuamente.

Sebbene questo studio fosse fondamentale, applicazioni pratiche sono all'orizzonte:i materiali in cui la conduttività può essere attivata e disattivata potrebbero essere utilizzati per interruttori e circuiti per nuovi dispositivi elettronici. "Tali materiali potrebbero essere utilizzati per reti neurali artificiali, "dice Mattoni. "Finora, tutti gli sviluppi nel campo dell'intelligenza artificiale sono stati realizzati nel software. Se puoi eseguire algoritmi direttamente con un qualche tipo di hardware, puoi davvero creare qualcosa di simile al cervello."

Nonostante i suoi risultati positivi, l'esperimento stesso non era stato pianificato come tale. "In realtà stavamo lavorando a un esperimento molto difficile che abbiamo dovuto abbandonare. Tuttavia, questo significava che ci restava un po' di tempo al sincrotrone, e quelle poche ore che usavamo a pieno effetto." Dimostrando che anche nella scienza fondamentale, devi fare il fieno mentre splende il sole.