Una nuova ricerca pubblicata su Physical Review Letters descrive come gli elettroni si muovono attraverso due diverse configurazioni di grafene a doppio strato, la forma atomicamente sottile del carbonio. Questo studio, il risultato di una collaborazione tra il Brookhaven National Laboratory, l’Università della Pennsylvania, l’Università del New Hampshire, la Stony Brook University e la Columbia University, fornisce approfondimenti che i ricercatori potrebbero utilizzare per progettare piattaforme di calcolo quantistico più potenti e sicure in futuro.

“I chip per computer di oggi si basano sulla nostra conoscenza di come gli elettroni si muovono nei semiconduttori, in particolare nel silicio”, ha spiegato Zhongwei Dai, uno degli autori dello studio. “Ma le proprietà fisiche del silicio stanno raggiungendo un limite fisico in termini di come piccoli transistor possono essere fatti e quanti possono adattarsi a un chip. Se riusciamo a capire come gli elettroni si muovono su piccola scala di pochi nanometri nelle dimensioni ridotte dei materiali 2D, potremmo essere in grado di sbloccare un altro modo di utilizzare gli elettroni per la scienza dell’informazione quantistica”.

Quando un materiale è progettato su queste piccole scale, delle dimensioni di pochi nanometri, confina gli elettroni in uno spazio con dimensioni uguali alla propria lunghezza d’onda, causando il cambiamento delle proprietà elettroniche e ottiche complessive del materiale in un processo chiamato confinamento quantistico. In questo studio, i ricercatori hanno usato il grafene per studiare questi effetti di confinamento sia negli elettroni che nei fotoni, o particelle di luce.

I ricercatori sono stati in grado di rilevare risonanze intercalari sia elettroniche che ottiche e hanno scoperto che, in questi stati risonanti, gli elettroni si muovono avanti e indietro nell’interfaccia 2D alla stessa frequenza. I loro risultati suggeriscono anche che la distanza tra i due strati aumenti significativamente nella configurazione ruotata, il che influenza il modo in cui gli elettroni si muovono a causa delle interazioni interstrato. Hanno anche scoperto che la torsione di uno degli strati di grafene di 30° sposta anche la risonanza a un’energia inferiore.

In futuro, i ricercatori produrranno nuovi dispositivi utilizzando grafene ruotato, basandosi anche sui risultati di questo studio per vedere come l’aggiunta di materiali diversi alla struttura stratificata del grafene influisce sulle proprietà elettroniche e ottiche a valle.