Nuove nanostrutture ibride per il calcolo quantistico

I nuovi dispositivi nanoelettronici che sfruttano lo spin, anziché la carica, degli elettroni sono al centro della della spintronica. Comprendere il trasporto dello spin nelle nanostrutture ibride è importante per lo sviluppo di dispositivi che rappresenteranno gli elementi costitutivi fondamentali del calcolo quantistico.

Economia digitale

Nell’ambito di COSPINNANO (Coherent spin manipulation in hybrid nanostructures), i ricercatori hanno fabbricato nanostrutture ibride per sondare i vari processi che governano la dinamica di spin in questi sistemi. Hanno valutato l’utilizzo di approcci top-down e bottom-up per la nanofabbricazione – litografia a fascio di elettroni e autoassemblaggio atomico, rispettivamente. La prima attività era preparare giunzioni su nano-scala adeguate per tecnologie di dispositivi innovativi come memristori, che consentono di realizzare memorie non volatili compatte. I ricercatori hanno controllato con successo la commutazione resistiva in dispositivi memristori basati su Ag2S e hanno dimostrato la commutazione ad alta velocità in condizioni di temperatura ambiente. Usando la spettroscopia di riflessione Andreev del punto di contatto, hanno esplorato la natura del trasporto di elettroni nel volume attivo delle giunzioni memristive. Lo studio ha rivelato che gli stati ON e OFF corrispondono a canali metallici altamente trasparenti su scala realmente nanometrica. Un’altra area di studio è stata il taglio di nanostrisce di grafene e il deposito di nanocircuiti su di esse. I nanocircuiti ibrida basati sul carbonio e un semiconduttore richiedono cavi di piombo altamente conduttivi compatibili con terminali metallici, superconduttori e ferromagnetici. I ricercatori hanno osservato valori della velocità di trasporto degli elettroni elevati per le nanostrisce di grafene fabbricate. I nano-nastri di grafene progettati per tale scopo sono stati prodotti e testati nell’ampio raggio termico di 1-300 K. Questa scoperta ha dimostrato che queste strutture di grafene possono essere utilizzate con successo come blocchi di costruzione di base per nanodispositivi multifunzionali. Le attività sperimentali hanno incluso anche le misurazioni dello spin dei contatti dei punti quantici implementati nei sistemi semiconduttori a bassa dimensionalità (eterostrutture arseniuro di gallio/arseniuro di gallio alluminio). Questo lavoro ha contribuito a comprendere meglio l’influenza del potenziale di confinamento sull’orientamento dello spin nelle sottobande elettroniche 1D adiacenti. Inoltre, il team ha studiato l’origine delle anomalie di conduttanza in questi contatti dei punti quantici. Le nuove nanostrutture ibride offrono l’opportunità di studiare le dinamiche di carica e spin dell’elettrone in dispositivi multifunzionali. Questi includono dispositivi a commutazione rapida, dispositivi logici e di archiviazione combinati e qubit dello spin dei semiconduttori basati su punti quantici. I risultati del progetto hanno anche aiutato a determinare un percorso per manipolare lo spin dei singoli elettroni, una sfida tecnologica enorme che, tuttavia, porterà a nuovi paradigmi nell’elaborazione delle informazioni quantistiche.