Costruita con la luce la 'molecola elettronica'

Due elettroni intrappolati nello spazio di pochi nanometri all'interno di un nanocristallo semiconduttore - un punto quantico: a eseguire per la prima volta la misura della loro configurazione, definita di ‘molecola elettronica' (del tutto analoga a quella di una molecola biatomica) un team di ricerca internazionale che ha coinvolto scienziati di CNR-NANO (i centri NEST e S3 rispettivamente a Pisa e a Modena), della Columbia University e dei Bell laboratories. Il risultato è stato ottenuto grazie a una nuova tecnica per controllare il numero di elettroni all'interno del punto quantico: illuminando questa ‘nanotrappola' con un fascio di luce laser, i ricercatori hanno potuto rimuovere o aggiungere gli elettroni, uno alla volta. Con questa tecnica ultra-precisa ne sono stati isolati due calcoli teorici hanno poi chiarito che all'interno della nanotrappola questi elettroni si muovono con moto vibratorio del tutto analogo a quello che si osserva per gli atomi di una molecola biatomica. Gli elettroni confinati in un nanocristallo sono di grande interesse per la computazione quantistica, per questo la sfida è manipolarli con precisione. Solitamente questa precisione si ottiene con metodi elettrici, con l'inconveniente però che un cristallo di pochi nanometri raggiunto da contatti elettrici viene inevitabilmente ricoperto da strati di metallo. La nuova tecnica ha la stessa capacità di rimuovere un singolo elettrone ma non è invasiva: la manipolazione con la luce lascia intatti i nanocristalli e questo rende più facile studiare le proprietà degli elettroni confinati all'interno. La ‘molecola elettronica' è uno stato predetto dalla teoria ma finora mai misurato direttamente. Il moto degli elettroni confinati è dettato dalla combinazione di due effetti: uno che tende a farli stare lontani, dovuto alle cariche negative che si respingono, l'altro che al contrario li costringe vicini, dovuto al confinamento nella nanostruttura. Il risultato è che gli elettroni oscillano con uno moto vibrazionale classico, come se fos- sero collegati da una molla. Questo studio è la prima misura di queste energie vibrazionali fondamentali di una molecola elettronica.

Autori: A. Singha, V. Pellegrini, A. Pinczuk, L. N. Pfeiffer, K. W. West, M. Rontani

Titolo: Correlated electrons in optically tunable quantum dots: Building an electron dimer molecule

Rivista: Physical Review Letters

Anno: 2010

Riferimenti bibliografici: 104, 246802 (2010)