Gli interruttori fatti di atomi stanno cambiando il futuro dell'informatica!

Immaginate un interruttore della luce, grande solo pochi atomi, che rilascia fotoni uno alla volta. Questi interruttori quantistici, o trasmettitori, sono elementi fondamentali delle tecnologie future: computer quantistici, reti di comunicazione sicure e sensori sensibili.

Per anni, gli scienziati hanno cercato di comprendere e controllare questi fenomeni. Ma una nuova ricerca condotta da esperti americani ha dimostrato come le sorgenti di singoli fotoni in materiali ultrasottili possano essere identificate e progettate con precisione atomica.

Gli emettitori generano singoli fotoni su richiesta. Una capacità essenziale per il controllo completo della luce e delle informazioni. Il problema è sempre stato che i difetti atomici che causano sono estremamente piccoli e difficili da osservare. Jianguo Wen dell'Argonne National Laboratory ha spiegato: "Il comportamento ottico degli emettitori quantistici è determinato dalla loro struttura atomica, che è molto difficile da osservare direttamente".

I ricercatori si sono concentrati sul nitruro di boro esagonale, un cristallo spesso solo pochi atomi. Utilizzando lo strumento QuEEN-M, hanno combinato l'imaging su scala atomica con la spettroscopia di catodoluminescenza, consentendo loro di correlare direttamente l'emissione luminosa a difetti specifici.

Hanno anche scoperto che torcendo lo strato di nitruro di boro ad angoli specifici si creano "interfacce contorte" che amplificano il segnale fino a 120 volte. Ciò ha permesso di localizzare gli emettitori con una precisione inferiore a 10 nanometri. Una scoperta chiave è stata l'emettitore blu, che si è rivelato essere un dimero di carbonio, due atomi di carbonio in un cristallo.

Thomas Gage ha aggiunto: "Collegando la struttura atomica alla luce, abbiamo aperto le porte all'ingegneria precisa di emettitori quantistici su richiesta".

Ciò rappresenta un passaggio dalla scoperta alla progettazione. Sorgenti di singoli fotoni posizionate con precisione sono fondamentali per costruire dispositivi quantistici scalabili che elaborino i dati più velocemente, li trasmettano in modo sicuro e amplifichino i segnali con perdite minime.

Nonostante i progressi, il metodo richiede microscopi altamente specializzati, il che ne limita la produzione di massa. La ricerca futura si concentrerà su una maggiore scalabilità e sulla comprensione di come le diverse strutture atomiche influenzino i fotoni.