Scienziati dell'Università di Wollongong (UOW), lavorando con i colleghi dell'Università cinese di Beihang, Università di Nankai, e Istituto di Fisica presso l'Accademia Cinese delle Scienze, hanno creato con successo una scala atomica, reticolo di kagome elettronico bidimensionale con potenziali applicazioni in elettronica e informatica quantistica.

Il documento di ricerca è pubblicato nel numero di novembre di Progressi scientifici .

Un reticolo kagome prende il nome da un tradizionale motivo di bambù intrecciato giapponese composto da triangoli ed esagoni intrecciati.

Il team di ricerca ha creato il reticolo kagome stratificando e attorcigliando due nanofogli di silicene. Il silicio è una sostanza a base di silicio, spessore di un atomo, Materiale fermionico di Dirac con struttura esagonale a nido d'ape, quali gli elettroni possono attraversare a velocità prossime a quella della luce.

Quando il silicene viene attorcigliato in un reticolo di kagome, però, gli elettroni diventano "intrappolati", girando negli esagoni del reticolo.

Dott. Yi Du, che guida il gruppo di microscopia a scansione a effetto tunnel (STM) presso l'Istituto per i materiali superconduttori ed elettronici (ISEM) dell'UOW e il Centro comune di ricerca di Beihang-UOW, è l'autore corrispondente del documento.

Ha detto che gli scienziati sono stati a lungo interessati a creare un reticolo kagome 2-D a causa delle utili proprietà elettroniche teoriche che una tale struttura avrebbe.

"I teorici hanno predetto molto tempo fa che se metti degli elettroni in un reticolo elettronico di kagome, interferenze distruttive significherebbero gli elettroni, invece di fluire attraverso, si girerebbe in un vortice e rimarrebbe bloccato nel reticolo. È equivalente a qualcuno che si perde in un labirinto e non ne esce mai, " ha detto il dottor Du.

"Il punto interessante è che gli elettroni saranno liberi solo quando il reticolo sarà rotto, quando crei un bordo. Quando si forma un bordo, gli elettroni si muoveranno insieme ad esso senza alcuna resistenza elettrica:ha una resistenza molto bassa, quindi un'energia molto bassa e gli elettroni possono muoversi molto velocemente, alla velocità della luce. Questo è di grande importanza per la progettazione e lo sviluppo di dispositivi a basso costo energetico.

"Nel frattempo, con un forte cosiddetto effetto di accoppiamento spin-orbitale, nuovi fenomeni quantistici, come l'effetto Hall quantistico di attrito, si prevede che avvenga a temperatura ambiente. Questo aprirà la strada ai dispositivi quantistici in futuro".

Mentre le proprietà teoriche di un reticolo elettronico di kagome lo rendevano di grande interesse per gli scienziati, creare un tale materiale si è rivelato estremamente impegnativo.

"Perché funzioni come previsto, devi assicurarti che il reticolo sia costante, e che le lunghezze del reticolo sono paragonabili alle lunghezze d'onda dell'elettrone, che esclude molti materiali, " ha detto il dottor Du.

"Deve essere un tipo di materiale su cui l'elettrone può muoversi solo sulla superficie. E devi trovare qualcosa che sia conduttivo, e ha anche un effetto di accoppiamento spin-orbitale molto forte.

"Non ci sono molti elementi al mondo che hanno queste proprietà."

Un elemento che fa è il silicio. Il Dr. Du e i suoi colleghi hanno creato il loro reticolo elettronico di kagome 2-D attorcigliando insieme due strati di silicene. Con un angolo di rotazione di 21,8 gradi formavano un reticolo kagome.

E quando i ricercatori ci mettono degli elettroni, si è comportato come previsto.

"Abbiamo osservato tutti i fenomeni quantistici previsti teoricamente nel nostro reticolo kagome artificiale in silicene, " ha detto il dottor Du.

I vantaggi attesi da questa svolta saranno dispositivi elettronici molto più efficienti dal punto di vista energetico e più veloci, computer più potenti.