Scienziati della Rice University hanno dimostrato che le pieghe microscopiche nei materiali bidimensionali possono trasformarsi in un potente alleato per l’elettronica del futuro. Secondo lo studio, quando un sottile strato di materiali come il ditellururo di molibdeno si piega formando rughe o pieghe a “forcina”, si genera un effetto quantistico in grado di controllare lo spin degli elettroni con una precisione mai raggiunta prima.
Oggi la maggior parte dei dispositivi digitali si affida al flusso di carica degli elettroni nel silicio, ma la crescita esponenziale della domanda di potenza di calcolo ha portato a un aumento altrettanto significativo dei consumi energetici. Da qui l’interesse verso la spintronica, un campo che sfrutta lo spin elettronico — ossia la sua proprietà quantistica di essere orientato “su” o “giù” — per immagazzinare e processare informazioni. Il vantaggio sarebbe enorme: dispositivi più veloci, più compatti e soprattutto meno energivori.
Il problema principale finora era la fragilità dello spin. Gli elettroni, muovendosi in un materiale, tendono a collidere e a perdere il proprio stato, rendendo difficile costruire dispositivi stabili. La ricerca guidata dal professor Boris Yakobson ha individuato una soluzione inaspettata: le rughe nei materiali 2D possono indurre la formazione di un “persistent spin helix” (PSH), una configurazione che preserva lo stato di spin anche in presenza di urti e scattering.
Questo fenomeno nasce dall’interazione fra lo spin e il campo elettrico interno generato dalla curvatura del materiale, un effetto noto come polarizzazione flexoelettrica. Più la piega è accentuata, più forte diventa l’interazione. In condizioni di curvatura estrema, lo spin degli elettroni si dispone in una trama elicoidale, oscillando tra “su” e “giù” in appena 1 nanometro di percorso: la distanza più breve mai registrata per una precessione di spin.
Secondo gli autori, questo record apre la strada a dispositivi spintronici incredibilmente miniaturizzati e le rughe nei materiali bidimensionali, spesso considerate un difetto, diventano così un vero strumento di progettazione. Con semplici pieghe o compressioni meccaniche è possibile ingegnerizzare campi quantistici esotici senza ricorrere a complesse tecniche di fabbricazione.
Il risultato appare tanto più significativo se si considera che meccanica elastica e fisica quantistica raramente si incontrano. “Abbiamo dimostrato che anche un cambiamento macroscopico nella geometria di un materiale atomico può influenzare la sottile interazione tra spin elettronico e nucleo”, ha spiegato Sunny Gupta, primo autore dello studio.
Il lavoro, sostenuto da diversi enti statunitensi tra cui la National Science Foundation e il Dipartimento della Difesa, è stato pubblicato sulla rivista Matter.
Target Has a Bunch of New LEGO Star Wars Deals Ahead of Labor Day Weekend