Quantizzazione dello spazio in anelli quantici di semiconduttore

Nell''ultimo ventennio, le nano-strutture di semiconduttore si sono rivelate come dei formidabili laboratori su scala mesoscopica (ossia una scala ponte tra la scala atomica e quella macroscopica) per la realizzazione di sistemi quantistici pressoché ideali. Esse rivestono quindi una potenziale importanza per le future tecnologie basate sull''informazione quantistica e sulla spintronica. Tra tali nano-strutture i cosiddetti anelli quantici, grazie alla loro geometria non-semplicemente connessa, hanno permesso di osservare fenomeni di interferenza quantistica quali l''effetto Aharonov-Bohm (oscillazioni periodiche della conduttanza in presenza di un campo magnetico), e rappresentano quindi l''interferometro standard nella fisica mesoscopica. Una collaborazione tra l''Istituto Officina dei Materiali del CNR, la Radboud University Nijmegen e la Ruhr-Universität Bochum ha tuttavia evidenziato l''esistenza di un nuovo tipo di oscillazioni di magnetoconduttanza ad alti campi magnetici in tali anelli, dovute alla discretezza spaziale delle orbite di Landau (orbite quantizzate di particelle cariche in campi magnetici). Le strutture studiate sono state fabbricate su sistemi elettronici bidimensionali ad alta mobilità in eterogiunzioni GaAs/AlGaAs, tramite ossidazione anodica locale con un microscopio a forza atomica. Il periodo di queste nuove oscillazioni è determinato dal numero di quanti di flusso che penetrano la zona conduttiva dell''anello, cioè il suo bordo. Esse sono molto diverse dalle oscillazioni di Aharonov-Bohm il cui periodo è governato dal numero di quanti di flusso che penetra l''anello intero. A differenza di queste ultime inoltre, le oscillazioni da noi evidenziate sono dovute ad effetti di correlazione elettronica, piuttosto che ad origini quantistiche a singola particella.

Authors: J. M. Giesbers, U. Zeitler, M. I. Katsnelson, D. Reuter, A. D. Wieck, G. Biasiol, L. Sorba, and J.C. Maan

Title: Correlation-Induced Single Flux-Quanta Penetration in Quantum Rings

Journal: Nature Physics

Year: 2010

References: 6, 173 (2010), pp. 173-177