Un nano strumento potrebbe trasformare il modo in cui definiamo la corrente elettrica
Alcuni ricercatori nel Regno Unito hanno sviluppato un nuovo nanodispositivo che potrebbe rivoluzionare il modo in cui oggi si definisce la corrente elettrica. Presentato sulla rivista Nature Communications, lo studio dimostra che usando forme d'onda quadra appositamente progettate si può aumentare la precisione di una pompa quantum-dot di un semiconduttore. Gli scienziati del Laboratorio nazionale di fisica (NPL) e dell'Università di Cambridge hanno sviluppato correnti elettriche precise usando nanodispositivi. Questa pompa elettronica ha la capacità di prendere gli elettroni uno alla volta e di farli passare attraverso una barriera. Il risultato finale è una corrente elettrica ben definita. Secondo i ricercatori, questo dispositivo innovativo gestisce i singoli elettroni per stimolare la corrente elettrica. Questo sviluppo potrebbe potenzialmente sostituire gli ampere di oggi, che dipendono sulla misurazione delle forze meccaniche su fili che trasportano la corrente. Il team ha testato la forma esatta degli impulsi del voltaggio che manipolano l'intrappolamento e l'espulsione degli elettroni. Sono riusciti ad accelerare il ritmo generale del pompaggio senza perdere precisione, perché hanno cambiato lentamente il voltaggio mentre intrappolavano gli elettroni e hanno poi cambiato il voltaggio rapidamente quando li espellevano. Il risultato? Hanno pompato circa un miliardo di elettroni al secondo, il che ha rappresentato un aumento di 300 volte rispetto al precedente record di una pompa elettronica precisa, stabilito dall'Istituto nazionale di standard e tecnologia (NIST) con sede negli Stati Uniti 16 anni fa. Hanno calcolato la corrente con una precisione di una parte per milione, nonostante il fatto che la corrente risultante fosse poca, in totale 150 picoamperes (cioè 10 miliardi di volte più piccola della corrente usata quando si usa un bollitore). Questo risultato senza precedenti è un vantaggio per i ricercatori che studiano il controllo preciso e veloce di singoli elettroni e potrebbe portare alla ridefinizione dell'unità dell'ampere. "Il nostro dispositivo è come una pompa ad acqua nel senso che produce un flusso con un'azione ciclica," ha detto il co-autore "La parte difficile è assicurarsi che esattamente la stessa quantità di carica elettrica sia trasportata in ogni ciclo. Il modo in cui si comportano gli elettroni nel nostro dispositivo è piuttosto simile all'acqua, se si cerca di raccogliere un volume fisso di acqua, per esempio in una tazza o in un cucchiaio, bisogna muoversi lentamente altrimenti ne può cadere una parte. Era esattamente la stessa cosa che succedeva ai nostri elettroni se andavamo troppo veloce." Commentando la ricerca, l'autore principale Stephen Giblin, del Quantum Detection Group del NPL, ha detto: "Negli ultimi anni, abbiamo lavorato per ottimizzare la progettazione del nostro dispositivo, ma abbiamo fatto un enorme passo avanti quando abbiamo messo a punto la sequenza di temporizzazione. Praticamente abbiamo superato il record della più precisa corrente a singolo elettrone di un fattore di 300. "Anche se il fatto di muovere gli elettroni uno alla volta non è una novità, possiamo farlo molto più velocemente e con un'affidabilità molto alta - un miliardo di elettroni al secondo, con una precisione di meno di un errore in un milione di operazioni. L'uso di forze meccaniche per definire l'ampere ha avuto senso negli ultimi 60 anni, ma adesso che abbiamo la nanotecnologia per controllare i singoli elettroni possiamo andare oltre."Per maggiori informazioni, visitare: National Physical Laboratory (NPL): http://www.npl.co.uk/ Università di Cambridge: http://www.cam.ac.uk/ Nature Communications: http://www.nature.com/ncomms/index.html
Paesi
Regno Unito