The Signal
Un team del Technion dirige gli elettroni in impulsi da 860 attosecondi con un microscopio STM
Un team guidato dal Technion ha usato impulsi infrarossi a due colori per controllare il flusso di elettroni attraverso la giunzione di un microscopio a effetto tunnel. I ricercatori riferiscono una durata degli impulsi di 860 attosecondi r
Quantum.world Team · Scritto con l’IA · verificato ·
Due colori laser trasformano la corrente del microscopio in un problema di controllo della direzione
Un microscopio a effetto tunnel può mappare una superficie atomo per atomo, ma il suo normale segnale di corrente non rivela come gli elettroni attraversino la giunzione in tempo reale. Un team guidato dal Technion riferisce di aver controllato quel flusso in entrambe le direzioni modificando la temporizzazione di due impulsi laser infrarossi. Le misurazioni e l’analisi teorica del gruppo indicano impulsi di corrente della durata di 860 attosecondi, ossia meno di un femtosecondo.
Il risultato, annunciato dal Technion il 22 ottobre, affronta un ostacolo pratico oltre a una questione di temporizzazione: il riscaldamento prodotto dal laser può generare segnali che sovrastano la corrente indotta dalla luce che i ricercatori vogliono misurare. Invece di accendere e spegnere ripetutamente il laser per separare il segnale dal rumore, il team ha variato la temporizzazione relativa dei due colori. Questa variazione cambia la forma dell’onda luminosa combinata e, di conseguenza, la direzione in cui gli elettroni si muovono tra la punta del microscopio e il campione.
Krüger: il team è riuscito a controllare la direzione della corrente
«Siamo finalmente riusciti a dimostrare senza alcun dubbio che possiamo controllare la direzione della corrente», ha detto Michael Krüger, professore della Facoltà di Fisica del Technion, ricordando una misurazione che Daniel Davidovich, Boyang Ma e Adi Goldner gli avevano sottoposto. Il team ha usato una sonda STM dalla punta acuminata, mantenuta vicino a una superficie, dove gli elettroni attraversano lo spazio che le separa per effetto tunnel quantistico. Il campo laser modifica questo trasferimento, consentendo ai ricercatori di dirigere la corrente dalla punta al campione o viceversa.
Il valore di 860 attosecondi non è una misurazione cronometrica diretta di un elettrone isolato. Secondo il Technion, i ricercatori hanno ricostruito la durata dell’impulso confrontando le loro misurazioni con diversi modelli teorici; anche l’abstract dell’articolo descrive la durata come ricavata dalla teoria. La distinzione è importante: l’esperimento controlla la direzione della corrente misurata, mentre la teoria fornisce la durata precisa dell’impulso sottostante.
Due nanometri lateralmente, meno di un ångström in altezza
Secondo il Technion, il microscopio ha funzionato a temperatura ambiente e in aria. Ha mantenuto una risoluzione laterale di circa 2 nanometri e rilevato variazioni dell’altezza della superficie inferiori a un ångström. Sono due misure diverse delle prestazioni: la sensibilità alle variazioni di altezza è più fine della risoluzione laterale, quindi il risultato non va interpretato come una capacità di ottenere immagini laterali su scala atomica.
Gli autori descrivono un processo di trasporto in tre fasi nel regime di tunnelling non adiabatico, nel quale gli elettroni non seguono semplicemente in modo istantaneo le variazioni del campo luminoso. Secondo l’abstract, il team ha confrontato le proprie misurazioni con descrizioni teoriche a un elettrone e a molti corpi per individuare il meccanismo e stimare la durata dell’impulso. Questa modellizzazione collega la direzione osservata della corrente alla dinamica su tempi molto brevi nella giunzione.
Il controllo del rumore ha richiesto anni di lavoro sull’ottica
Adi Goldner, ricercatore del laboratorio di Krüger, ha detto che il gruppo ha testato tre sistemi laser e ricostruito più volte l’apparato ottico per distinguere la corrente dal rumore. Al lavoro ha partecipato anche il fisico teorico Andrei Borisov, affiliato al CNRS Université Paris-Saclay e al Donostia International Physics Center. La ricerca ha ricevuto il sostegno del progetto ATTIDA dello European Research Council, della Israel Science Foundation e dello Helen Diller Quantum Center del Technion.
Il Technion presenta il metodo come un passo verso la possibilità di innescare e ottenere immagini delle rapide dinamiche di carica in punti selezionati dei materiali. Il risultato attuale, però, dimostra il controllo della direzione della corrente nella giunzione nanometrica del microscopio STM; usarlo per osservare il movimento delle cariche in altri materiali o per contribuire allo sviluppo della futura elettronica rimane un obiettivo di ricerca. Le prestazioni misurate e riferite finora sono specifiche: funzionamento a temperatura ambiente in aria, circa 2 nanometri di risoluzione laterale e sensibilità alle variazioni di altezza inferiore a un ångström.