I ricercatori studiano nuovi materiali con potenziale nei computer quantistici

Ricercatori della Facoltà di Scienze dell'Università di Porto (FCUP) fanno parte di un team che sta studiando nuovi materiali tridimensionali simili al grafene che possono essere utilizzati in computer quantistici e sensori, è stato annunciato il 16 marzo.

In un comunicato, la FCUP spiega che i nuovi materiali tridimensionali (3D) sono semimetalli di Dirac-Weyl, un insieme di cristalli sintetici, prodotti in laboratorio, le cui proprietà elettroniche possono permettere il loro uso "nei computer del futuro".

"Questi cristalli sono tridimensionali e presentano una caratteristica rara: elettroni che si comportano come se non avessero massa", chiarisce l'istituzione.

I materiali, che si ritiene siano "più robusti del grafene", possono diventare insensibili a condizioni casuali, come la presenza di impurità.

Citato nel documento, João Pedro Pires, ricercatore della FCUP, dice che questa caratteristica "rara" ha "molte conseguenze sulla conduttività elettrica", poiché sono "conduttori estremamente buoni".

"I primi studi teorici sono stati fatti assumendo che il cristallo fosse perfetto. La stessa cosa era successa con il grafene, ma nel 2014 ci si è chiesti per la prima volta se la fisica degli elettroni cambiasse quando i cristalli hanno imperfezioni, come è noto che accade nei campioni di grafene reale", dice.

Per rispondere a domande come se le imperfezioni nel cristallo trasformano questo semi-metallo in un metallo convenzionale o se le impurità prodotte distruggono le caratteristiche elettroniche in questi materiali, i ricercatori hanno iniziato lo studio nel 2019.

È all'Università della Florida Centrale (USA), dove il ricercatore portoghese si trovava nell'ambito del suo dottorato e dove sono stati scoperti questi materiali, che è iniziato lo studio teorico.

Nell'ambito della ricerca, pubblicata sulla rivista americana 'Physical Review Research', i ricercatori hanno concluso che questi semi-metalli sono "instabili al disordine" e che esiste un "cambiamento esponenzialmente piccolo che li trasforma in metalli normali in presenza di impurità".

Per questo, è "fondamentale" utilizzare il software QuantumKITE, sviluppato nel 2018 da due ricercatori FCUP, che permette una simulazione efficiente della materia quantistica.

La questione ora è se il "livello di piccolezza dell'effetto è rilevante o meno per rendere non fattibile" l'applicazione di questo tipo di materiali alle nuove tecnologie quantistiche.

In questo senso, il prossimo passo della ricerca è studiare l'effetto di diversi modelli di difetti con l'obiettivo di "guidare l'ottimizzazione della produzione di questi materiali, tenendo conto dei possibili vincoli alla loro applicazione tecnologica".

"Se il problema principale è solo nelle impurità, i ricercatori possono utilizzare una camera più pulita per produrre questi cristalli", chiarisce João Pedro Pires, aggiungendo che una delle sfide associate ai computer quantistici è la loro "grande sensibilità" alla temperatura e impurità.

Tale sensibilità può essere applicata anche a nuovi tipi di sensori, come la radiazione infrarossa o componenti laser ultraveloci, dove questo fattore assume grande importanza.

Iniziato nel 2019, lo studio, recentemente pubblicato, ha integrato ricercatori dell'Università del Minho, dell'Università di York (Inghilterra), dell'Università della Florida Centrale (USA), dell'Università di Twente (Paesi Bassi) e dell'Università di Sabanci-Tulsa (Turchia).