{"id":15672,"date":"2021-12-23T07:50:02","date_gmt":"2021-12-23T06:50:02","guid":{"rendered":"https:\/\/www.m-q.ch\/?p=15672"},"modified":"2021-12-27T09:30:20","modified_gmt":"2021-12-27T08:30:20","slug":"i-semiconduttori-raggiungono-il-mondo-quantistico","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.m-q.ch\/it\/i-semiconduttori-raggiungono-il-mondo-quantistico\/","title":{"rendered":"I semiconduttori raggiungono il mondo quantistico"},"content":{"rendered":"
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Tianlun Yu (a sinistra) e Vladimir Strocov alla beamline ADRESS della Swiss Synchrotron Light Source SLS, dove hanno misurato la struttura degli strati del semiconduttore nitruro di gallio e del superconduttore nitruro di niobio. Foto: Mahir Dzambegovic, PSI<\/figcaption><\/figure>\n

La nostra attuale infrastruttura elettronica \u00e8 basata principalmente sui semiconduttori. Questa classe di materiale \u00e8 emersa intorno alla met\u00e0 del XX secolo e da allora \u00e8 stata migliorata. Attualmente, le sfide pi\u00f9 importanti nell'elettronica dei semiconduttori includono ulteriori miglioramenti che aumenterebbero la larghezza di banda della trasmissione dei dati, l'efficienza energetica e la sicurezza delle informazioni. Incorporando gli effetti quantici \u00e8 probabile che ci sia una svolta in questo senso.<\/p>\n

Gli effetti quantistici, che possono verificarsi nei materiali superconduttori, sono particolarmente concepibili. I superconduttori sono materiali in cui la resistenza elettrica scompare non appena vengono raffreddati a una certa temperatura. Il fatto che gli effetti quantici possano essere sfruttati anche nei superconduttori \u00e8 gi\u00e0 stato dimostrato nei primi computer quantici.<\/p>\n

Al fine di trovare possibili successori per l'elettronica a semiconduttore di oggi, alcuni ricercatori - tra cui un gruppo della Cornell University - stanno studiando le cosiddette eterostrutture, cio\u00e8 strutture fatte di due diversi tipi di materiali. Pi\u00f9 specificamente, stanno cercando sistemi stratificati di materiali superconduttori e semiconduttori. \"Si sa da molto tempo che bisogna selezionare materiali con strutture cristalline molto simili in modo che non ci sia tensione nel reticolo cristallino sulla superficie di contatto\", spiega John Wright, che ha prodotto le eterostrutture per il nuovo studio alla Cornell University.<\/p>\n

Due materiali adatti in questo senso sono il nitruro di niobio superconduttore (NbN) e il nitruro di gallio semiconduttore (GaN). Quest'ultimo gioca gi\u00e0 un ruolo importante nell'elettronica dei semiconduttori ed \u00e8 quindi gi\u00e0 ben studiato. Fino ad ora, per\u00f2, non era chiaro come esattamente si comportano gli elettroni sulla superficie di contatto di questi due materiali - e se \u00e8 possibile che gli elettroni del semiconduttore interferiscano con la superconduttivit\u00e0 e quindi annullino gli effetti quantici.<\/p>\n

\"Quando mi sono imbattuto nella ricerca del gruppo alla Cornell, ho capito: qui al PSI, possiamo trovare la risposta a questa domanda fondamentale con i nostri metodi spettroscopici alla beamline ADRESS\", spiega Vladimir Strocov, un ricercatore della Swiss Synchrotron Light Source SLS al PSI.<\/p>\n

\u00c8 cos\u00ec che i due gruppi sono arrivati a lavorare insieme. Nei loro esperimenti, hanno finalmente scoperto che gli elettroni in entrambi i materiali rimangono \"per se stessi\". Non ci sono interazioni indesiderate che potrebbero ostacolare gli effetti quantici.<\/p>\n

La luce di sincrotrone mostra le strutture elettroniche<\/strong><\/h2>\n

I ricercatori del PSI hanno usato un metodo stabilito alla beamline ADRESS dell'SLS: la spettroscopia fotoelettronica risolta in angolo con raggi X morbidi - abbreviato SX-ARPES in inglese. \"Questo metodo ci permette di visualizzare il movimento collettivo degli elettroni nel materiale\", spiega Tianlun Yu, un ricercatore post-dottorato nel team di Vladimir Strocov, che ha effettuato le misure sull'eterostruttura NbN\/GaN. Insieme a Wright, Yu \u00e8 il primo autore della nuova pubblicazione.<\/p>\n

Il metodo SX-ARPES fornisce una specie di mappa le cui coordinate spaziali mostrano l'energia degli elettroni in una direzione e qualcosa come la loro velocit\u00e0 nell'altra; pi\u00f9 precisamente, la loro quantit\u00e0 di moto. \"In questa rappresentazione, gli stati elettronici appaiono come bande luminose nella mappa\", spiega Yu. Il risultato decisivo della ricerca: al confine materiale tra il nitruro di niobio NbN e il nitruro di gallio GaN, le rispettive \"bande\" sono chiaramente separate l'una dall'altra. I ricercatori sono stati in grado di capire da questo: Gli elettroni rimangono nel loro materiale originale e non interagiscono con gli elettroni del materiale vicino.<\/p>\n

\"La conclusione pi\u00f9 importante per noi \u00e8 che la superconduttivit\u00e0 nel nitruro di niobio rimane indisturbata, anche se questo viene opportunamente posto atomo per atomo su uno strato di nitruro di gallio\", dice Vladimir Strocov. \"Con questo, siamo stati in grado di fornire un altro pezzo del puzzle che conferma: Questo sistema di strati potrebbe effettivamente dare origine a una nuova forma di elettronica a semiconduttore che incorpora e sfrutta gli effetti quantici nei superconduttori\".<\/p>\n

\"Tecnologia
La \"mappa\" degli elettroni: Questo grafico, ottenuto con il metodo SX-ARPES, mostra come bande luminose gli stati che gli elettroni possono assumere nello spazio energia\/impulso. La banda vista nel semiconduttore nitruro di gallio (GaN) \u00e8 chiaramente separata dagli stati superconduttori (cerchiati in azzurro nel grafico) nel nitruro di niobio (NbN). Questo significa che gli elettroni cruciali dei due materiali non interferiscono tra loro. Grafico: PSI, Tianlun Yu<\/figcaption><\/figure>\n

 <\/p>\n

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Pubblicazione originale:<\/em> Momentum-resolved struttura elettronica e offset di banda in un epitassiale NbN\/GaN superconduttore\/semiconduttore eterojunction; T. Yu, J. Wright, G. Khalsa, B. Pamuk, C. S. Chang, Y. Matveyev, X. Wang, T. Schmitt, D. Feng, D. A. Muller, H. G. Xing, D. Jena, V. N. Strocov; Science Advances, 22 dicembre 2021 (online) DOI:\u00a010.1126\/sciadv.abi5833<\/a><\/p>\n<\/blockquote>\n

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