È possibile “addomesticare” gli elettroni presenti negli atomi di un certo elemento? Secondo un studio apparso su Nature Physics, la risposta è sì, se si usa il grafene. E i risultati ottenuti potrebbero essere utilissimi nella progettazione di componenti nanoelettronici. Lavorando con un gruppo di ricercatori giapponesi, un team del centro per le Nanoscienze dell’Istituto Niels Bohr dell’Università di Copenaghen ha infatti rivelato una nuova interazione fra il moto degli elettroni e la direzione del loro spin, una delle proprietà fondamentali delle particelle (che descrive la rotazione del corpo attorno al proprio centro di massa).
Poter controllare lo spin delle particelle è uno dei requisiti fondamentali per la creazione dei computer quantistici che, con le loro grandissime prestazioni, potrebbero un domani sostituire gli attuali computer. Fra i candidati più interessanti per produrre i chip alla base di questi supercomputer, c’è il carbonio. Oltre ad essere uno dei mattoni fondamentali degli organismi viventi, il carbonio costituisce materiali dalle proprietà molto diverse, come il diamante oppure la grafite. Dalla grafite può essere prodotto il grafene, il materiale composto da strati monoatomici di carbonio che è valso il Premio Nobel per la Fisica 2010 a Andre Geim e Konstantin Novoselov.
Tuttavia gli esperimenti condotti finora hanno mostrano che non è possibile controllare la direzione dello spin degli elettroni nella grafite (e quindi nel grafene) che, in pratica, assumono tutte le direzioni in maniera casuale.
Il nuovo studio rivela ora che questo non è del tutto vero. “I nostri risultati mostrano che se lo strato di grafite è curvato a formare un tubo del diametro di pochi nanometri, lo spin dei singoli elettroni è fortemente influenzato dal loro moto. Quando gli elettroni nel nanotubo sono forzati a muoversi in circolo intorno al tubo, il risultato è che tutti gli spin si orientano lungo la direzione del tubo”, riportano Thomas Sand Jespersen e Kasper Grove-Rasmussen dell’Istituto Niels Bohr.
I ricercatori hanno potuto studiare l’intensità di questo effetto inviando una debole corrente elettrica nel nanotubo. In questo modo sarebbe possibile controllare lo spin degli elettroni, che può anche essere ridotto a zero. Inoltre gli autori hanno dimostrato che questo comportamento viene assunto in presenza di impurità nel materiale,. Questo significa che anche in situazioni realistiche, con materiali impuri, è possibile imbrigliare lo spin degli elettroni.
