Mentre i dispositivi elettronici hanno da sempre fatto affidamento sulla carica degli elettroni ma un nuovo potenziale sta emergendo attraverso l'utilizzo dello spin, una delle proprietà fondamentali delle particelle subatomiche. I difetti dello spin, però, risiedono nelle piccole imperfezioni nei materiali cristallini, motivo per il quale si sta cercando da diverso tempo un sistema per manipolare la densità di spin.
Mentre qualche giorno fa vi informavamo che alcuni ricercatori hanno trovato un metodo per tagliare facilmente il diamante per utilizzarlo nella creazione di semiconduttori, alcuni ricercatori del MIT, insieme ad altri istituti, hanno recentemente fatto una scoperta straordinaria: un modo per regolare la densità di spin in diamanti, applicando un raggio laser, o microonde, esterno. Questa scoperta, riportata sulla rivista PNAS questa settimana, si prospetta come una svolta cruciale nell'ambito dei dispositivi quantistici avanzati.
L'equipe di ricerca, composta da studenti attuali, ed ex studenti dei professori Paola Cappellaro e Ju Li del MIT, in collaborazione con il Politecnico di Milano, ha dimostrato che il controllo della densità dello spin è possibile e può aprire molte strade per l'innovazione tecnologica. Il primo autore dell'articolo, il dottorando Guoqing Wang, ha svolto un ruolo chiave in questa ricerca pionieristica.
Un tipo specifico di difetto dello spin, noto come centro di vuoto dell'azoto (NV) nel diamante, è stato oggetto di un'intensa indagine. Questi centri NV sono stati ampiamente studiati per la loro versatilità nelle applicazioni quantistiche, poiché la loro sensibilità allo spin li rende candidati ideali per realizzare dei sensori altamente sensibili.
"Questi difetti dello spin a stato solido rappresentano una delle piattaforme quantistiche più promettenti", spiega Wang, sottolineando la loro capacità di operare in ambienti a temperatura ambiente, mentre molte altre tecnologie quantistiche richiedono temperature ultra basse.
La capacità di variare la densità dello spin nei materiali semiconduttori potrebbe avere implicazioni profonde. "Possiamo regolare la densità dello spin per ottenere un controllo effettivo su questo sistema. Questo è ciò che rende unica la nostra scoperta", afferma Wang.
Questo risultato non solo ha il potenziale di rivoluzionare la tecnologia dei sensori, ma potrebbe anche spianare la strada verso una nuova era dell'elaborazione delle informazioni. I computer e i sistemi di elaborazione attuali si basano sulla gestione delle cariche elettriche, ma alcune innovazioni emergenti, come i transistor sviluppati da Intel che sfruttano lo spin e la carica, potrebbero offrire notevoli vantaggi in termini di efficienza energetica.
Il professore Ju Li del MIT spiega che "se si utilizza lo spin, come nel caso di questa progettazione di Intel, è possibile ridurre notevolmente il consumo energetico. La società ha anche sviluppato dispositivi a qubit di spin per il calcolo quantistico, dimostrando che lo spin potrebbe essere la chiave per una nuova era dell'elaborazione dell'informazione".
Lo studio condotto dal professore Li e dal suo team ha dimostrato un nuovo livello di controllo sulla densità dello spin, consentendo a ciascun centro NV di agire come un sofisticato "radar" atomico. Questo risultato potrebbe aprire la strada a dispositivi in cui un singolo atomo, potrà svolgere il ruolo di unità computazionale di base, portando a risultati significativi nell'architettura dei computer quantistici e nella memorizzazione delle informazioni.
Mentre questa scoperta ha il potenziale per rivoluzionare il panorama tecnologico, il team sottolinea che c'è ancora molta ricerca da fare per comprendere appieno il meccanismo fisico di questo fenomeno. In conclusione, questa ricerca, rappresenta un passo avanti significativo nell'ambito della tecnologia quantistica. La manipolazione della densità dello spin nei materiali cristallini apre la strada a nuove applicazioni che potrebbero rivoluzionare il modo in cui gestiamo le informazioni e sfruttiamo la potenza della meccanica quantistica.