Scoperta alla Rice University: bande piatte elettroniche rivelano potenziale per tecnologie quantistiche

RomeGli studiosi dell'Università di Rice hanno scoperto la possibile presenza di bande elettroniche piatte al livello di Fermi. Questa scoperta potrebbe migliorare i computer quantistici e i dispositivi elettronici. Il loro studio è stato pubblicato su Nature Communications il 19 giugno.

I materiali quantistici rispettano i principi della meccanica quantistica. In questi materiali, gli elettroni hanno livelli energetici specifici, con il più alto chiamato energia di Fermi. Gli elettroni si respingono a vicenda e i loro movimenti sono interconnessi. Il team guidato da Qimiao Si ha scoperto che queste interazioni possono creare nuovi livelli energetici piatti al livello di Fermi, rendendoli più rilevanti.

Bande elettroniche piatte incrementano le interazioni tra gli elettroni, favorendo la formazione di nuovi stati quantistici e comportamenti unici a bassa energia. Queste bande sono particolarmente utili nei materiali con elettroni d, tipici degli ioni dei metalli di transizione, che presentano strutture cristalline distintive e proprietà speciali.

Secondo le conclusioni del team:

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Nuove strategie per progettare materiali con elettroni d: potenziali applicazioni nei qubit e nell'ambito della spintronica.

I ricercatori hanno scoperto che le interazioni tra elettroni possono connettere stati di elettroni fermi e in movimento. Attraverso un modello teorico, hanno dimostrato che queste interazioni possono causare un nuovo tipo di effetto Kondo, nel quale particelle ferme acquisiscono la capacità di muoversi interagendo con elettroni in movimento all'energia di Fermi.

I materiali anyonici potrebbero rivelarsi utili per i bit quantistici (qubit). I materiali contenenti fermioni di Weyl potrebbero trovare applicazione nell'elettronica basata sullo spin. Questi materiali potrebbero rispondere efficacemente a segnali esterni, consentendo un controllo avanzato dei sistemi quantistici.

I contributori di questa ricerca includono:

• Fang Xie e Shouvik Sur, ricercatori post-dottorato a Rice in fisica e astronomia
• Haoyu Hu, ex studente di Rice e borsista post-dottorato al Donostia International Physics Center
• Silke Paschen, fisico all'Università Tecnica di Vienna
• Jennifer Cano, fisico teorico alla Stony Brook University e al Flatiron Institute