Nuovi materiali per l’elettronica costruiti atomo per atomo

Come sarà il computer del futuro? Come funzionerà? La ricerca di risposte a queste domande è un importante motore della ricerca fisica di base.

Ci sono diversi scenari possibili, che vanno dall’ulteriore sviluppo dell’elettronica classica al calcolo neuromorfico e ai computer quantistici.

L’elemento comune in tutti questi approcci è che si basano su nuovi effetti fisici, alcuni dei quali finora sono stati previsti solo in teoria.

I ricercatori fanno di tutto e utilizzano attrezzature all’avanguardia nella loro ricerca di nuovi materiali quantistici che consentano loro di creare tali effetti.

Ma cosa succede se non ci sono materiali adatti che si trovano in natura?

In un recente studio pubblicato su Nature Physics, il gruppo di ricerca del professor Titus Neupert dell’UZH, lavorando a stretto contatto con i fisici dell’Istituto Max Planck di fisica delle microstrutture di Halle (Germania), ha presentato una possibile soluzione. I ricercatori hanno realizzato da soli i materiali necessari, un atomo alla volta.

Si stanno concentrando su nuovi tipi di superconduttori, che sono particolarmente interessanti perché offrono resistenza elettrica zero a basse temperature.

A volte indicati come “diamagneti ideali”, i superconduttori sono utilizzati in molti computer quantistici a causa delle loro straordinarie interazioni con i campi magnetici.

I fisici teorici hanno trascorso anni a ricercare e prevedere vari stati superconduttori. “Tuttavia, solo un piccolo numero è stato finora dimostrato in modo conclusivo nei materiali”, afferma il professor Neupert.

Nella loro entusiasmante collaborazione, i ricercatori dell’Università di Zurigo hanno previsto in teoria come gli atomi dovrebbero essere disposti per creare una nuova fase superconduttiva, e il team in Germania ha quindi condotto esperimenti per implementare la topologia pertinente.

Usando un microscopio a scansione a effetto tunnel, hanno spostato e depositato gli atomi nel posto giusto con precisione atomica.

Lo stesso metodo è stato utilizzato anche per misurare le proprietà magnetiche e superconduttive del sistema.

Depositando atomi di cromo sulla superficie del niobio superconduttore, i ricercatori sono stati in grado di creare due nuovi tipi di superconduttività.

Metodi simili erano stati precedentemente utilizzati per manipolare atomi e molecole di metallo, ma fino ad ora non è mai stato possibile realizzare superconduttori bidimensionali con questo approccio.

I risultati non solo confermano le previsioni teoriche dei fisici, ma danno anche loro motivo di speculare su quali altri nuovi stati della materia potrebbero essere creati in questo modo e su come potrebbero essere utilizzati nei computer quantistici del futuro.